Дисертації (вільний доступ)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Управління інтеграцією відновлюваних джерел енергії до розподільних електричних мереж(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Степаненко, Віталій Анатолійович; Замулко, Анатолій ІгоровичСтепаненко В.А. Управління інтеграцією відновлюваних джерел енергії до розподільних електричних мереж. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії у галузі знань 14 Електрична інженерія за спеціальністю 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Четвертий енергетичний пакет Європейського Союзу був прийнятий для зміцнення енергетичної безпеки, зниження залежності від зовнішніх енергоносіїв і забезпечення функціонування внутрішнього енергетичного ринку. Тому розвиток відновлюваних джерел енергії в Україні відповідатиме міжнародним стандартам, принципам та практикам Європейського Союзу, а також задовольнятиме потреби суспільства та національної економіки в паливноенергетичних ресурсах у економічно ефективний, технічно надійний, екологічний та безпечний спосіб, гарантуватиме енергетичну безпеку як в мирний час, так і в умовах надзвичайних ситуацій. Проте варто зазначити, що існуючі режими роботи розподільних електричних мереж можуть відповідати вимогам і стандартам лише минулих десятиліть і не в змозі задовольнити нові завдання та майбутні виклики, зокрема і характеристики нових відновлюваних джерел енергії. Наразі в різних країнах застосовується широкий спектр стратегій стимулювання та управління. Проте, який з різних інструментів є найбільш ефективним та дієвим для збільшення частки відновлюваних джерел енергії, все ще залишається темою досліджень, оскільки кожний механізм має свій ряд переваг та недоліків, а також специфіку застосування. Спільним для таких механізмів є те, що вони повинні реалізуватися в ринковий спосіб без втручання в господарську діяльність суб’єктів та з максимальною користю для енергосистеми.Технічні умови є важливим інструментом регулювання відносин між операторами системи розподілу та власниками відновлюваних джерел енергії. Вони регламентують технічні аспекти підключення таких джерел до електромережі та виступають моделлю взаємодії двох сторін. Технічні умови, попри їх важливість, покривають лише технічну сторону питання приєднання відновлюваних джерел енергії до мережі. Вони забезпечують початкову відповідність параметрів об’єктів відновлюваних джерел енергії до вимог мережевої інфраструктури, таких як рівні напруги, допустимі коливання частоти, пропускна здатність мережі тощо. Проте технічні умови не враховують довгострокового впливу роботи відновлюваних джерел енергії на функціонування енергосистеми та не передбачають механізмів контролю чи відповідальності за можливе погіршення умов її експлуатації. Дисертація спрямована на підвищення ефективності управління інтеграцією відновлюваних джерел енергії до розподільних електричних мереж шляхом застосування ринкових механізмів. У такій системі кожен учасник буде нести фінансову відповідальність за вплив на стан мережі, сплачуючи за створені ним погіршення. Це дозволить збалансувати інтереси операторів системи розподілу і власників відновлюваних джерел енергії, сприяти відповідальній генерації та стимулювати мінімізацію негативних технічних наслідків для енергосистеми. Для цього в роботі здійснено оцінку ризиків функціонування розподільних мереж при інтеграції відновлюваних джерел енергії шляхом визначення коефіцієнта ефективності інтеграції, який базується на комплексному аналізі параметрів мережі і котрий, на відміну від інших показників, дає можливість системно оцінювати та контролювати вплив таких електроустановок на мережу. Для підвищення ефективності функціонування мереж систем розподілу електричної енергії при інтеграції ВДЕ в умовах запровадження 4-го енергетичного пакету в дослідженні використано диференціацію тарифів на послуги з розподілу електроенергії за рівнем коефіцієнта ефективності інтеграції відновлюваних джерел енергії. Здійснено адаптацію циклу Демінга для вирішення проблем неконтрольованого функціонування відновлюваних джерел енергії, що стало можливо завдяки впровадженню механізму управління їх інтеграцією в електричну мережу.Документ Відкритий доступ Алгоритмічне та програмне забезпечення технології створення цифрових двійників медико-біологічних об’єктів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Песчанський, Владислав Юрійович; Сулема, Євгенія СтаніславівнаПесчанський В.Ю. Алгоритмічне та програмне забезпечення технології цифрових двійників медико-біологічних об’єктів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 12 Інформаційні технології за спеціальністю 121 Інженерія програмного забезпечення. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2024. Цифрові двійники набувають дедалі більшого поширення у сфері медицини, оскільки вони дозволяють створити динамічну цифрову модель реального медико-біологічного об’єкта, відображаючи як анатомічні, так і функціональні аспекти його роботи. Ця технологія передбачає інтеграцію даних із різних джерел (медичні зображення, відеоендоскопія, аудіодані, сенсорні показники) у єдину інформаційну структуру, що описує стан і динаміку об’єкта. Цифровий двійник при цьому здатен оновлюватися у режимі реального часу, відображаючи зміни фізіологічних характеристик та надаючи можливість досліджувати, прогнозувати та моделювати розвиток патологічних процесів. Незважаючи на значний прогрес у цій сфері, існують проблеми уніфікації форматів даних, відсутність узагальнених підходів до представлення мультимодальних темпоральних сигналів та складнощі з інтеграцією технологій цифрових двійників у медичні інформаційні системи. Також потребують уваги питання анонімізації та безпеки медичних даних, стандартизації програмної архітектури, а також адаптації базових 3D-моделей під індивідуальні особливості конкретного пацієнта. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності процесів проєктування медичних інформаційних систем на основі технології цифрових двійників за рахунок розроблення алгоритмічного та програмногозабезпечення для оброблення мультимодальних темпоральних даних про медико-біологічний об’єкт. Для досягнення цієї мети було розроблено метод синхронізації та семантичного аналізу темпоральних мультимодальних медико-біологічних даних, метод адаптації базової 3D-моделі медикобіологічного об’єкта, розроблено узагальнену архітектуру програмної системи для створення і використання цифрових двійників медикобіологічних об’єктів а також архітектурні шаблони проєктування для розроблення програмних систем на основі цифрових двійників медикобіологічних об’єктів. У першому розділі дисертації проаналізовано відомі методи обробки даних про медико-біологічні об’єкти, підходи до створення цифрових двійників та вимоги до програмного забезпечення. Виявлено проблеми у представленні мультимодальних даних і визначено ключові критерії для забезпечення високої точності та функціональності цифрових двійників. У другому розділі розроблено методи синхронізації темпоральних мультимодальних даних, а також семантичного аналізу та інтеграції інформації. Запропоновано використання семантичних графів та онтологій, а також графових нейронних мереж для ефективного виявлення закономірностей та прогнозування поведінки. Обґрунтовано застосування нормалізації, синхронізації сигналів, крос-кореляційного аналізу й інтеграції даних у графовій моделі. У третьому розділі розроблено метод адаптації базової 3D-моделі медико-біологічного об’єкта. Застосовано 3D-згорткові нейронні мережі для аналізу просторово-часових залежностей у відеопотоці та потоці аудіоданих. Інтегровано мультимодальний підхід, що дає змогу поєднувати інформацію з різних джерел для персоналізованого моделювання стану медико-біологічного об’єкта та його візуалізації. У четвертому розділі розроблено архітектуру медичної програмної системи на основі технології цифрових двійників. Запропонованомікросервісний підхід, використання контейнеризації, засобів безпеки, анонімізації та автоматизації тестування (CI/CD) для забезпечення масштабованості, надійності та високої якості програмного забезпечення. Описано можливості інтеграції з існуючими медичними системами, принципи проєктування інтерфейсів візуалізації та ролей користувачів у системі. У дисертаційній роботі отримано низку нових наукових результатів, зокрема, уперше розроблено узагальнену архітектуру програмної системи для створення і використання цифрових двійників медико-біологічних об’єктів, характерними рисами якої є поєднання мультимодальних темпоральних даних у форматі, який підтримує двосторонню інтеграцію з фізичним об’єктом через давачі, актуатори та інші програмно-апаратні засоби, що надає можливість перейти від фрагментарного оброблення окремих типів даних до цілісної моделі, яка може оновлюватися в реальному часі. Уперше розроблено метод синхронізації темпоральних мультимодальних даних, характерною рисою якого є поєднання відео та аудіо у єдиний потік даних, що забезпечує узгодження даних різної модальності та, у такий спосіб, спрощує процес створення цифрового двійника медико-біологічного об’єкта на основі даних, які надходять з давачів різних типів. Уперше розроблено метод семантичного аналізу для виявлення кореляцій між наборами даних та прогнозування поведінки програмноапаратних компонентів цифрового двійника, характерними рисами якого є застосування графових баз даних та алгоритмів машинного навчання, що дає змогу об'єднувати дані з різних джерел (пацієнти, пристрої, записи) в єдину онтологічну модель, що забезпечує автоматизоване виявлення залежностей у даних про медико-біологічний об’єкт, а також надаєінструменти для прогнозування стану програмно-апаратного забезпечення цифрового двійника. Удосконалено теоретичні засади оброблення просторово-часових параметрів медико-біологічного об’єкта для побудови його цифрового двійника, що полягає у застосуванні тривимірних згорткових нейронних мереж (3D-CNN) та рекурентних архітектур для оброблення відео- та аудіоданих та, на відміну від відомих підходів, дає змогу забезпечити комплексний аналіз динамічних змін структури та функціонування медикобіологічного об’єкта з врахуванням його індивідуальних анатомічних особливостей та динаміки. Уперше розроблено архітектурні шаблони проєктування для розроблення програмних систем на основі цифрових двійників медикобіологічних об’єктів, які, на відміну від відомих, орієнтовані на оперування складними наборами мультимодальних темпоральних даних, інтегрованих у єдину семантичну модель, що дає змогу спростити процес розроблення, обслуговування та масштабування медичних програмних систем. Основні наукові результати дисертаційної роботи опубліковано у наукових працях, зокрема у 4 наукових статтях, опублікованих у фахових виданнях, включених до переліку наукових фахових видань України з присвоєнням категорії «Б», та у 2 матеріалах наукової конференції.Документ Відкритий доступ Метод та засіб конструювання трафіку в програмноконфігурованих мережах на основі штучного інтелекту(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Коренко, Дмитро Володимирович; Кулаков, Юрій ОлексійовичКоренко Д. В. Метод та засіб конструювання трафіку в програмноконфігурованих мережах на основі штучного інтелекту. − Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії з галузі знань 12 Інформаційні технології за спеціальністю 123 Комп’ютерна інженерія. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена розробці комплексного методу конструювання трафіку в програмноконфігурованих мережах на основі методів штучного інтелекту, що дозволяє підвищити продуктивність та ефективність конструювання трафіку у програмноконфігурованих мережах (SDN) та покращити якість обслуговування (QoS) за рахунок використання методів штучного інтелекту для побудови маршрутів передачі трафіку та його балансування. Було отримано ряд нових наукових результатів, зокрема, запропоновано та обґрунтовано удосконалену архітектуру системи конструювання трафіку в програмноконфігурованих мережах на основі методів штучного інтелекту, застосування якої дозволяє спростити процес балансування трафіку в мережі та яка, на відміну від існуючих методів, забезпечує можливість використання різних показників для балансування навантаження в залежності від типу мережі та вимог до неї. Отримав подальший розвиток метод обрахунку ознак для вибору шляху в програмноконфігурованих мережах з урахуванням особливостей даного типу мереж та вимог, що виносяться до них. Розроблено модель нейронної мережі для її використання у задачах конструювання трафіку, а саме балансування навантаження, у програмноконфігурованих мережах. Розроблену нейронну мережу було треновано на наборі даних IP Network Traffic Flows Labeled with 75 Apps. Оптимізовано модель нейронної мережі для її використання у задачах балансування навантаження. Експериментальним методом було визначено оптимальну конфігурацію та налаштування нейронної мережі для запобігання перенавчення та отримання високої точності прогнозування оптимального шляху. Проведено аналіз результатів застосування запропонованого методу конструювання трафіку в програмноконфігурованих мережах на основі методів штучного інтелекту, що включає в себе оптимізацію роботи нейронної мережі для виконання задач динамічного балансування трафіку в мереж, підвищення ефективності балансування навантаження в мережі в залежності від обраних ознак шляху та запобігання неконтрольованої зміни навантаження шляху в мережі (джитеру) при передачі потоку даних. За результатами застосування розробленого методу було досягнуто кращу продуктивність мережі на 14%. Розроблений метод оптимізації нейронної мережі є складовою комплексного методу конструювання трафіку в SDN мережах і дозволяє оптимізувати модель нейронної мережі до використання в програмноконфігурованих мережах в залежності від висунутих вимог.Документ Відкритий доступ Метод підтримки зв’язності мобільної мережі сенсорів спрямованої дії із використанням телекомунікаційних аероплатформ різнорівневого розташування(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Сушин, Ігор Олексійович; Лисенко, Олександр ІвановичСушин І.О. Метод підтримки зв’язності мобільної мережі сенсорів спрямованої дії із використанням телекомунікаційних аероплатформ різнорівневого розташування. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 17 «Електроніка та телекомунікації» за спеціальністю 172 «Телекомунікації та радіотехніка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2025. За матеріалами дисертації опубліковано: 46 робіт. З яких 19 – це статті у журналах, що входять до переліку фахових видань затверджених МОН України за спеціальністю дисертації або у періодичних виданнях іноземних держав, 14 - публікації у матеріалах конференцій, у тому числі, міжнародних, 4 колективні монографії, 3 статті в інших журналах, що входять до переліку фахових видань затверджених МОН України, 5 свідоцтв про реєстрацію авторського права на твір та 1 посібник. Результати досліджень в дисертаційній роботі є важливим внеском у розвиток мобільних сенсорних мереж (МСМ) із використанням телекомунікаційних аероплатформ (ТА), зокрема завдяки використанню сенсорів спрямованої дії та двох послідовних рівнів телекомунікаційних аероплатформ різного просторового розташування та енергетичного забезпечення. Зміст дисертації викладено у чотирьох розділах у кожному з яких наведено висновки проведених досліджень. У першому розділі було проведено аналіз сучасних методів організації інфраструктури мобільної сенсорної мережі, а саме: особливості архітектури БСМ, МСМ (необхідність великої кількості вузлів для покриття територій значного розміру, їх обмежені ресурси, вибір оптимальної топології тощо), передачі інформації в умовах відсутності телекомунікаційної інфраструктури під час стихійних лих, катастроф, війн (із використанням мобільних базових станцій, транспортних засобів, телекомунікаційних аероплатформ), необхідні для цього апаратні засоби, протоколи обміну даних та інше. Вдосконалення існуючих мобільних сенсорних мереж із використанням телекомунікаційних аероплатформ (тобто наземно-повітряних мереж) було визначено ключовим напрямком, який є найбільш універсальним способом передачі даних. Розглянувши існуючі алгоритми і методи обміну та збору інформації у даних мережах зроблено висновок, що актуальні задачі можуть бути вирішено лише частково або недостатньо ефективно. Як наслідок, визначено цілі досліджень і поставлена задача багатокритеріального вдосконалення. У другому розділі розглянуто структуру та принципи функціонування існуючої на сьогодні системи прототип (мобільної сенсорної мережі з використанням одного рівня телекомунікаційних аероплатформ): особливості організації та моделі польоту, алгоритми розрахунку місць обміну інформації, кластеризації МСМ, визначено недоліки алгоритмів обміну і збору даних, що дало розуміння актуальності та необхідності подальшого розвитку систем даного типу. Як наслідок, представлено підхід у пошуку подальших напрямків вдосконалення методичного апарату стосовно пошуку найкращих дій щодо використання безпроводовових сенсорних мереж загалом та мобільних сенсорних мереж зокрема. Висунуто ідею створення структури наземно-повітряної мережі, що використовує сенсори спрямованої дії та різнорідні телекомунікаційні аероплатформи (гелікоптерного та літакового типів) різнорівневого розташування для підвищення ефективності функціонування в умовах відсутності телекомунікаційної інфраструктури (тобто в умовах надзвичайної ситуації). Розроблено математичну модель і метод завдяки якому можливо забезпечити підтримку зв’язності вузлів мобільної мережі сенсорів спрямованої дії (ММССД) з використанням телекомунікаційних аероплатформ (ТА) різнорівневого розташування із досягненням переваг над існуючими мобільними сенсорними мережами (МСМ) з ТА за наступними критеріями: швидкості та часі передачі інформації, кількості безпосередньо задіяних ТА. Обчислення скалярних складових векторного критерію виконувалося за допомогою алгоритмічно заданої моделі. Результати розрахунків показали, що оптимізація за векторним критерієм із використанням запропонованого методу дала покращення порівняно із прототипом від 2% до 43%. Третій розділ присвячено апаратній реалізації запропонованого методу. Проведено аналіз антен спрямованої та всеспрямованої дії, які використовуються для мобільних пристроїв і зокрема в сенсорних вузлах. Визначено переваги та недоліки кожного типу, а також перспективи подальшого розвитку напрямку сенсорів спрямованої дії у наземно-повітряних мережах із застосуванням телекомунікаційних аероплатформ. Проведено розрахунок максимальної довжині лінії зв’язку ТА-вузол (або між ТА двох рівнів), що підтверджується порівняльним комп’ютерним моделюванням у середовищі Atoll. Запропоноване апаратне вдосконалення (завдяки застосуванню сенсорів спрямованої дії) дозволяє у 3.9-4.6 рази збільшити відстань передачі інформації зі збереженням кількості бітових помилок в одиницю часу або збільшити швидкість передачі інформації у 1.7-3.5 рази порівняно із існуючими МСМ із ТА. Четвертий розділ присвячено імітаційному моделюванню та оцінці ефективності запропонованого методу підтримки зв'язності мобільної мережі сенсорів спрямованої дії із використанням телекомунікаційних аероплатформ різнорівневого розташування згідно визначеного переліку критеріїв (із переліку методичних рекомендацій МСЕ-Р та програмного комплексу Matlab). Побудовано дві математичні моделі: існуюча система прототип (МСМ з сенсорами всеспрямованої дії із використанням одного рівня ТА) і система запропонована в дисертації (ММССД із використанням ТА дворівневого розташування). Результати представлені у вигляді графіків та загальної таблиці, що показують покращення запропонованого методу за всіма визначеними критеріями.Документ Відкритий доступ Розробка біоінженерних засобів магнітної нанотераностики експериментальної злоякісної пухлини(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Орел, Валерій Бінгович; Галкін, Олександр ЮрійовичОрел В.Б. Розробка біоінженерних засобів магнітної нанотераностики експериментальної злоякісної пухлини. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 163 – Біомедична інженерія. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Актуальність теми дослідження. За даними Всесвітньої організації охорони здоров’я, у світі щороку виявляється близько 20 мільйонів нових випадків злоякісних новоутворень, з яких 9,7 мільйонів випадків є летальними. За даними Національного канцер-реєстру України, загальна кількість випадків онкологічного захворювання сягнула понад 106 тисяч за 2022 рік, а частка хворих, що не прожили одного року, з числа вперше виявлених перевищила 23%. Найбільша частка у нозологічній структурі зареєстрованих випадків у жінок припадає на злоякісні новоутворення грудної залози, з якими пов’язано майже 15% усіх смертей від злоякісних новоутворень. Результати попередніх досліджень вказують на вищі показники відповіді пухлини на лікування та виживаності у пацієнтів зі злоякісною пухлиною грудної залози після хіміотерапії у комбінації з регіональною індукційною помірною гіпертермією ( 42 °C), ніж у тих, хто отримував лише хіміотерапію. Індукційна гіпертермія використовується для лікування відносно невеликих цільових об’ємів, таких як первинна пухлина, група регіонарних лімфатичних вузлів або солітарний віддалений метастаз. Однак обмеження цього підходу все ще залишаються пов’язаними з локальним впливом на пухлину, гетерогенністю, притаманною злоякісним пухлинам, і побічними ефектами підвищення температури у навколишніх тканинах. Використання магнітних наночастинок у комбінації з індукційною помірною гіпертермією охоплює широкий спектр застосувань для поєднання діагностики та лікування – тераностики злоякісних новоутворень. Магнітні наночастинки, доставлені до пухлини під впливом постійних магнітних полів, підвищують контрастність медичного зображення завдяки різниці в інтенсивності сигналу при магнітно-резонансній томографії, ехогенності й жорсткості при ультразвуковому дослідженні, рентген-щільності при рентгенівській візуалізації між зоною інтересу пухлини та навколишніми тканинами, а також таргетно ініціюють протипухлинний вплив на злоякісні клітини за рахунок магніто-механохімічних і теплових ефектів під дією постійного магнітного та електромагнітного полів. При цьому, цільова температура, необхідна для протипухлинного впливу при індукційній помірній гіпертермії з магнітними наночастинками, є близькою до значення больового порогу, спричиненого нагріванням м’яких тканин у грудній клітці людини. Дослідження зосереджені на комбінації магніто-механохімічних і теплових ефектів демонструють перспективу для подальшої трансляції у клінічне застосування. Сили, які створюють магнітні наночастинки під дією постійного магнітного поля, є значно меншими за компресійну силу під час мамографії, що викликає біль у жінок, проте цих сил достатньо для впливу на злоякісні клітини. Персоналізоване планування індукційної помірної гіпертермії з магнітними наночастинками для кожного пацієнта вимагає визначення розподілу магнітних наночастинок та біомеханічних параметрів пухлини. Водночас відомі біоінженерні засоби достатньо обмежені щодо можливості персоналізації магніто-механохімічних ефектів у злоякісних пухлинах, що призводить до звуження області використання магнітної нанотераностики злоякісних новоутворень. Метою роботи було обґрунтувати та розробити біоінженерні засоби з магнітними наночастинками для реалізації протипухлинного впливу і радіологічної візуалізації експериментальної злоякісної пухлини. Для досягнення поставленої мети було вирішено наступні завдання. 1. Проаналізувати наукову та патентну літературу щодо магнітомеханохімічних ефектів, ініційованих впливом магнітних наночастинок з електромагнітним опроміненням, і радіологічної візуалізації злоякісних пухлин. 2. Розробити дизайн пристрою для реєстрації та дослідити механолюмінесценцію злоякісних клітин, ініційовану впливом магнітних наночастинок і ротаційного магнітного поля. 3. Розробити дизайн тканинноеквівалентного фантома грудної залози, провести його радіологічну візуалізацію та текстурний аналіз отриманих зображень для персоналізованого планування індукційної помірної гіпертермії з постійним магнітним полем і магнітними наночастинками. 4. Дослідити комбінований вплив індукційної помірної гіпертермії, постійного магнітного поля з застосуванням магнітно-дипольного аплікатора та магнітних наночастинок на радіологічну візуалізацію, текстурні параметри отриманих зображень, редокс-стан і кінетику росту експериментальної моделі злоякісної пухлини. Наукова новизна отриманих результатів. Уперше розроблено пристрій та проведено реєстрацію ініційованої впливом магнітних наночастинок і ротаційного магнітного поля механолюмінесценції злоякісних клітин карциносаркоми грудної залози Уокер-256 у рідкому середовищі. Уперше розроблено фантом грудної залози зі злоякісними клітинами аденокарциноми грудної залози MCF-7 для персоналізації планування індукційної помірної гіпертермії з постійним магнітним полем та магнітними наночастинками, проведено його радіологічну візуалізацію із застосуванням текстурного аналізу розподілу кластерів магнітних наночастинок на отриманих зображеннях. Уперше досліджено вплив магнітних наночастинок на основі оксиду заліза і золота, навантажених протипухлинним препаратом доксорубіцином, у комбінації з магнітно-дипольним аплікатором для індукційної помірної гіпертермії на радіологічну візуалізацію, текстурні параметри, рівні убісеміхінону, супероксидного радикала, оксиду азоту та кінетику росту карциносаркоми Уокер-256. Отримані результати доповнюють сучасні біоінженерні рішення щодо персоналізації магніто-механохімічного ефекту магнітних наночастинок під впливом електромагнітного опромінення при тераностиці злоякісних пухлин. Практичне значення отриманих результатів. Оцінка механолюмінесценції з використанням запропонованого пристрою може слугувати додатковим кількісним параметром магніто-механохімічного ефекту в злоякісних клітинах при магнітній нанотераностиці для покращення точності медичної діагностики й терапії. Запропонована конструкція фантома може бути використана для планування індукційної помірної гіпертермії злоякісних новоутворень грудної залози, де магнітні наночастинки слугують маркером на рентгенівських та ультразвукових зображеннях і водночас локалізатором для впливу електромагнітного опромінення. Результати проведених експериментальних досліджень свідчать, що вплив магнітних наночастинок на основі оксиду заліза та постійного магнітного поля з застосованим магнітно-дипольним аплікатором призводив до зниження величини модуля Юнга пухлини у 2,7 раза при ультразвуковій візуалізації, більш виражених некротичних змін та інгібування кінетики росту карциносаркоми Уокер-256 на 17% у експоненціальній фазі, порівняно з впливом магнітних наночастинок (p < 0,05). Вплив магнітних наночастинок на основі оксиду заліза і золота, навантажених протипухлинним препаратом доксорубіцином, у комбінації з магнітно-дипольним аплікатором для індукційної помірної гіпертермії ініціював збільшення в 1,6 раза медіани інтенсивності та менше абсолютне значення коефіцієнта асиметрії зони інтересу пухлини при магнітно-резонансній візуалізації, підвищення рівнів супероксидного радикала в 1,4 раза, убісеміхінону – у 2,1 раза, зниження рівня вільного радикала оксиду азоту в 1,2 раза та на 14% більш виражене інгібування кінетики росту карциносаркоми Уокер-256 у термінальній фазі, ніж самостійна дія офіцинального доксорубіцину (p < 0,05). Розроблені біоінженерні засоби з магнітними нанокомпозитами використано для технології нанотераностики в лабораторії електронно-променевої нанотехнології неорганічних матеріалів для медицини Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона Національної академії наук України та у викладанні дисциплін “Біофізика” та “Радіаційна безпека і дозиметрія” для здобувачів першого (бакалаврського) рівня вищої освіти спеціальностей 163 – Біомедична інженерія та 122 – Комп’ютерні науки на факультеті біомедичної інженерії Національного технічного університету України «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Основні положення роботи викладено у 20 наукових працях, у тому числі у 5 статтях, включених до міжнародних наукометричних баз даних Scopus та Web of Science, в 1 статті у науковому фаховому виданні України у галузі біомедичної інженерії, в 1 статті у науковому фаховому виданні України у галузі медичних наук, у 2 патентах України та в 11 тезах конгресів, з’їздів, наукових конференцій. Перший розділ дисертаційної роботи «Аналітичний огляд літератури» наводить аналіз наукової та патентної літератури щодо обґрунтування використання магнітних наночастинок для протипухлинного впливу на основі магніто-механохімічного та теплового ефектів при електромагнітному опроміненні і методів радіологічної візуалізації злоякісних пухлин. Другий розділ дисертаційної роботи «Матеріали та методи» включає опис дизайну дослідження, характеристик використаних матеріалів, об’єктів дослідження, запропонованої конструкції та застосування пристрою для реєстрації механолюмінесценції, ініційованої магнітними наночастинками і ротаційним магнітним полем у біологічних об’єктах, розробленого фантома грудної залози та використаного магнітно-дипольного аплікатора для персоналізації індукційної помірної гіпертермії з магнітними наночастинками і постійним магнітним полем. Описано використані методи медичної радіологічної візуалізації (рентгенівський цифровий томосинтез, ультразвукова еластографія, рентгенівська комп’ютерна та магнітно-резонансна томографія) і текстурного аналізу отриманих зображень. Третій розділ дисертаційної роботи «Реєстрація механолюмінесценції злоякісних клітин» містить порівняння спонтанної хемілюмінесценції та механолюмінесценції, ініційованої ротаційним магнітним полем клітин карциносаркоми Уокер-256 з магнітними наночастинками. Четвертий розділ дисертаційної роботи «Протипухлинний вплив індукційної помірної гіпертермії з постійним магнітним полем і магнітними наночастинками та радіологічна візуалізація фантома грудної залози» представляє результати аналізу рентгенівських цифрових томосинтетичних зображень та ультразвукових еластограм фантома грудної залози, а також впливу індукційної помірної гіпертермії з постійним магнітним полем і магнітними наночастинками на життєздатність злоякісних клітин аденокарциноми грудної залози людини лінії MCF-7. П’ятий розділ дисертаційної роботи «Протипухлинний вплив індукційної помірної гіпертермії з постійним магнітним полем і магнітними наночастинками та радіологічна візуалізація карциносаркоми Уокер-256» відображає результати аналізу ультразвукових еластограм, магнітно-резонансних томографічних зображень і впливу індукційної помірної гіпертермії з використанням магнітнодипольного аплікатора та магнітними наночастинками на редокс-стан, кінетику росту і морфологічні зміни експериментальної моделі злоякісної пухлини карциносаркоми Уокер-256.Документ Відкритий доступ Інформаційна технологія управління виробництвом мінеральних добрив(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Нестерук, Андрій Олександрович; Корнієнко, Богдан ЯрославовичНестерук А.О. Інформаційна технологія управління виробництвом мінеральних добрив. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 126 «Інформаційні системи і технології» – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена створенню теоретичних та прикладних результатів з розробки інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив з урахуванням вимог зменшення енерговитрат та забезпечення заданої якості готового продукту. Пріоритетом інформаційної технології є забезпечення зменшення енерговитрат для досягнення заданої якості кінцевого продукту. Значна увага приділяється системі управління процесом гранулювання у псевдозрідженому шарі, дослідженню створення та управління хаосу для підвищення інтенсивності тепло- та масообміну. Аналіз результатів існуючих досліджень в галузі управління виробництвом мінеральних добрив свідчить про відсутність на даний час комплексного підходу, який враховував би специфіку управління технологічними процесами виробництва мінеральних добрив. Тому існує нагальна потреба в подальшому дослідженні математичних моделей та систем управління виробництвом мінеральних добрив у грануляторі з псевдозрідженим шаром з метою їх удосконалення. А розробка інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив є надзвичайно актуальною на сьогоднішній день. Таким чином, усе це і зумовило необхідність вирішення актуальної науково-технічної задачі підвищення ефективності виробництва мінеральних добрив, шляхом побудови математичних моделей та систем управління виробництвом мінеральних добрив з урахуванням вимог зменшення енерговитрат та забезпечення заданої якості готового продукту. У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету та основні завдання дослідження, наведено відомості щодо зв’язку роботи з наукою темою. Подано анотацію отриманих в дисертації результатів, висвітлено їх наукову новизну і практичну значимість, відзначено особистий внесок здобувача у спільних публікаціях, наведено кількісні показники стосовно опублікованих наукових праць, структури та обсягу дисертації. У першому розділі проведено дослідження розвитку математичних моделей та систем управління процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі, що показує відсутність розгляду ряду особливостей процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі в комплексі. Проведено аналіз підходів до математичного моделювання процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі. Визначено параметри, що мають найбільший вплив на поведінку технологічного процесу. Існуючі математичні моделі не враховують розсіювання енергії при зіткненні та передачу кінетичної енергії від твердої фази до рідкої. Також в даних моделях недостатньо врахована хаотичність процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі. Основним інструментом для підвищення ефективності процесу виробництва мінеральних добрив є вибір системи управління. Узагальнено основні існуючі підходи до побудови системи управління процесом гранулювання у псевдозрідженому шарі. Розглянуті основні методи забезпечення функціональної безпеки на хімічних підприємствах, що є важливою складовою інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив. Результатом огляду результатів досліджень та літературних джерел стали сформульовані задачі, які необхідно виконати для створення ефективної інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив. Другий розділ присвячений створенню трьохфазної математичної моделі процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі та математичної моделі гранулометричного складу. Розроблено трьохфазну математичну модель процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі, яка враховує гідродинаміку псевдозрідженого шару, передачу кінетичної енергії, розсіювання енергії, стиснення крапель з частинками, їх адгезію до поверхні, кінетику висихання розчину на поверхні частинок, розсіювання енергії при зіткненні та передача кінетичної енергії від твердої фази до рідкої. Дана математична модель може використовуватися для розробки систем управління процесом гранулювання у псевдозрідженому шарі. За допомогою реалізації створеної моделі в програмному пакеті MATLAB одержано перехідні характеристики температури процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі. Розроблено математичну модель гранулометричного складу для процесу виробництва гранульованих мінеральних добрив, яка враховує, що умови для росту частинок виконуються лише в зоні холодного змочування під соплом, в зоні змочування температура підвищується від центру до боків, в ізотермічній зоні температура повітря рівномірна, в зоні теплообміну температура гарячого повітря різко падає, зростання частинок визначатиметься розміром змочувальної активної зони та швидкістю перенесення частинок до цієї частини псевдозрідженого шару, в зоні змочування відбувається агломерація. Дана математична модель дозволяє одержати розподіл гранул за розміром в двох реакторах, що дає змогу оцінити якість кінцевого продукту. В третьому розділі виконано дослідження хаосу в процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі та створена система управління хаосом процесу виробництва мінеральних добрив у грануляторі з псевдозрідженим шаром, що дозволяє збільшити хаотичність процесу грануляції у псевдозрідженому шарі для підвищення інтенсивності тепло- та масообміну. Реалізовані системи управління з МРС, PID, LQR та Fuzzy Logicрегуляторами на основі трьохфазної математичної моделі процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі. Також створена система управління з МРС-регулятором на основі математичної моделі гранулометричного складу, яка прискорює утворення гранул заданого розміру під час процесу гранулювання у псевдозрідженму шарі. Четвертий розділ починається зі створення системи захисту критичних ресурсів виробництва мінеральних добрив з розділенням виробництва на зони, від відділеної зони з доступом через демілітаризовану зону до обмеженої зони для найкритичніших ресурсів. Система захисту критичних ресурсів виробництва мінеральних добрив забезпечує контрольований доступ і мінімізує можливість загроз для критичних ресурсів. Запропонована математична модель протидії загрозам у системі захисту критичних ресурсів, завдяки якій можна розрахувати імовірності знаходження в одному з шести станів: стан спокою; надійшла загроза 1, але не реалізована; надійшла загроза 2, але не реалізована; загроза 1 реалізована; загроза 2 реалізована; загроза відбита. Розроблено інформаційну технологію управління виробництвом мінеральних добрив, основними компонентами якої є наступні технічні, програмні та організаційно-методичні засоби: математичні моделі процесу виробництва мінеральних добрив, системи управління виробництвом мінеральних добрив, система захисту критичних ресурсів виробництва мінеральних добрив та математична модель протидії загрозам у системі захисту критичних ресурсів. Використання інформаційної технології виробництва мінеральних добрив дозволило знизити енерговитрати на 7% за рахунок розробки системи управління хаосом, що збільшила інтенсивність тепло- та масообміну у псевдозрідженому шарі. Розроблено методику використання інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив. У висновках подані основні результати дисертаційного дослідження, що відображають результати виконання завдань, що поставлені для формування інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив. Наукова новизна отриманих результатів На підставі теоретичних і практичних досліджень, виконаних у дисертаційній роботі: вперше - розроблено трьохфазну математичну модель процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі з урахуванням гідродинаміки псевдозрідженого шару, передачі кінетичної енергії, розсіювання енергії, стискання крапель з частинками, їх адгезії до поверхні, кінетики сушіння розчину на поверхні частинок, розсіювання енергії при зіткненні та передача кінетичної енергії від твердої фази до рідкої для перевірки наявності детермінованого хаосу; - розроблено систему управління хаосом процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі з визначенням часу прогнозування для забезпечення ефективного тепло- та масообміну; отримала подальший розвиток - математична модель гранулометричного складу, яка враховує умови для росту частинок, підвищення температури від центру до боків в зоні змочування, рівномірність температури теплоносія в ізотермічній зоні, різке падіння температура теплоносія у зоні теплообміну, агломерацію частинок; удосконалено - математичну модель протидії загрозам у системі захисту критичних ресурсів, яка враховує можливість надходження до системи двох загроз для налаштування системи захисту критичних ресурсів виробництва мінеральних добрив; - інформаційну технологію управління виробництвом мінеральних добрив, основними компонентами якої є наступні засоби: математичні моделі процесу виробництва мінеральних добрив, системи управління виробництвом мінеральних добрив, система захисту критичних ресурсів виробництва мінеральних добрив, математична модель протидії загрозам у системі захисту критичних ресурсів. Практичне значення отриманих результатів Розроблені в дисертаційній роботі математичні моделі та системи управління стали основою для створення інформаційної технології управління виробництвом мінеральних добрив, що забезпечує зниження енерговитрат за рахунок розробки системи управління хаосом, що збільшила інтенсивність тепло- та масообміну у псевдозрідженому шарі. Практично вагомими вважаються такі результати: - трьохфазна математична модель процесу гранулювання у псевдозрідженому шарі; - система управління хаосом процесу виробництва мінеральних добрив у грануляторі з псевдозрідженим шаром; - інформаційна технологія управління виробництвом мінеральних добрив. Результати дисертаційної роботи апробовано і використано у таких організаціях та установах: - у навчальному процесі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» під час викладання дисциплін «Програмування. Частина 2. Структура даних та алгоритми», «Алгоритми та математичні методи захисту інформації»; - результати виконання держбюджетної науково-дослідної роботи «Інформаційна технологія захисту критичних ресурсів» (№ 0121U110809) у навчальному процесі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» під час викладання дисциплін «Проектування інформаційних систем», «Управління проєктами»; - у Інституті кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України для впровадження в інформаційно-аналітичну систему «АГРОТЕП». Дані про впровадження підтверджено відповідними документами.Документ Відкритий доступ Методи та програмні засоби пришвидшення донавчання класифікатора для діагностики захворювань за зображеннями(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Смілянець, Федір Андрійович; Фіногенов, Олексій ДмитровичСмілянець Ф.А. Методи та програмні засоби пришвидшення донавчання класифікатора для діагностики захворювань за зображеннями. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 121 – Інженерія програмного забезпечення з галузі знань 12 – Інформаційні технології. – Національний Технічний Університет України «Київський Політехнічний Інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена розробці методу класифікації медичних зображень, що спрямований на уникнення зміни топології згорткової нейронної мережі при додаванні нових класів, дозволяючи знизити накладні витрати часу на їх підтримку, та методу організації обчислень за допомогою потоків робіт, який будує граф потоку під час його виконання, чим дозволяє мінімізує час на впровадження змін у систему. Вчасна розробка та доступність засобів тестування на інфекційні захворювання є фундаментальним компонентом контролю над епідеміями та пандеміями на кожному етапі поширення хвороби. Доступна та швидка діагностика є ключовою для своєчасності виявлення спалахів інфекції, і, як наслідок, визначення переліку та ізоляції контактних осіб чи запровадження карантинних обмежень на певній території. Упереджувальна розробка інструментів виявлення захворювань, а також пошук підходів для прискорення їх отримання та впровадження є важливим для контролю над епідеміями в майбутньому. Одним зі способів виконання діагностики є аналіз медичних зображень за допомогою згорткових нейронних мереж. Однак, така класифікація призводить до необхідності у зміні топології моделі при виникненні потреби у додаванні нових класів. Це обмеження можна подолати через використання проміжних даних – вкладених представлень, що генеруватимуться нейронною мережею, та виконання класифікації за ними. Таким чином, нейронна мережа може бути дотренована для підтримки нового класу без зміни її топології. Алгоритми машинного навчання, щовиконують класифікацію можуть бути перетреновані для підтримки більшої кількості класів без втручання у код та за відносно короткий час. У той час як проєктування та тренування нейронних мереж широко висвітлюється в науковій літературі щодо виконання діагностики за допомогою аналізу зображень, питання практичної інтеграції моделей у програмне забезпечення практично не розглядається. Важливим аспектом засобу для діагностики є швидкість адаптації системи до появи нових захворювань. Відтак, є потреба у зменшенні зусиль, необхідних для додавання чи модифікацію методу діагностики, який виконується у засобі. Оскільки потоки робіт дозволяють інкапсулювати окремі етапи обробки даних та гнучко змінювати їх послідовність без втручання в код системи, їх використання значно зменшує час та складність впровадження змін. Потоки робіт є впорядкованими структурованими представленнями багатокрокових обчислювальних задач. Типовою моделлю для них є спрямовані ациклічні графи, вершини яких є певними операціями над даними, а ребра – перетікання виходів одних операцій у входи інших. Такий граф, що складається з вхідних даних, та їх послідовних перетворень за допомогою окремих вершин (також – кроків або інструментів), також часто називається пайплайном (англ. pipeline). Існуючі системи керування потоками робіт вимагають статичного визначення графу потоку робіт розробником системи. Існування даних статичних визначень уповільнює внесення змін. Одним зі способів вирішення даної проблеми є динамічне створення та обчислення потоків робіт виходячи з наданих даних та інструментів для їх обробки і перетворення, що дозволить розширяти існуючі засоби класифікації захворювань без втручання або мінімальним втручанням людини (фахівця). Метою дисертаційної роботи є зменшення часу адаптації програмного забезпечення аналізу медичних зображень для діагностики на основі алгоритмів машинного навчання. У першому розділі дисертаційної роботи проведено аналіз засобів та методів діагностики захворювань за допомогою класифікації знімків комп’ютерної томографії, та розглянуто існуючі системи керування потоками робіт. За результатами аналізу літературних джерел виділено найбільш результативні архітектури нейронних мереж та окреслено проблеми, що пов’язані з аналізом результатів. Розглянуто способи інтеграції нейронних мереж у програмне забезпечення та обґрунтовано використання потоків робіт. Проведено порівняльний аналіз сучасних систем керування потоками робіт. У другому розділі запропоновано можливість використання вкладених представлень для вирішення задачі класифікації зображень КТ. Запропоновано модифікацію існуючої нейронної мережі для побудови вкладених представлень та доведено можливість додавання нових класів без істотної втрати точності. Розроблено математичну модель для обрахунку часу на побудову класифікатора та наведено умови, що визначають його ефективність. У третьому розділі запропоновано метод для динамічної побудови графу потоку робіт під час його виконання, який дозволяє уникнути необхідності у його статичному визначенні вручну. Для запропонованого методу визначено основні сутності. Розроблено модель обрахунку часу виконання потоку робіт. Імітаційним моделюванням показано, що часом роботи алгоритму можна знехтувати відносно часу на корисні обчислення. Розроблено систему керування потоками робіт, що реалізує запропонований метод з використанням системи Kubernetes для розподілених кластерних обчислень та можливістю горизонтального масштабування. Проведено аналіз швидкодії системи та доведено її практичну застосовність. Розроблено математичну модель оцінки часу на побудову потоків робіт за запропонованим методом та наведено умови, що визначають межі ефективності його використання. У четвертому розділі виконано проєктування та реалізацію програмного забезпечення аналізу зображень КТ для діагностики захворювань. Представлено архітектуру програмного забезпечення. Розроблено низку обчислюючих засобів системи керування потоками робіт для виконання класифікації зображень комп’ютерної томографії, у тому числі за допомогою вкладених представлень. Реалізовано сервер та інтерфейс користувача системи. Наведено опис функціональності системи. Результати, отримані у дисертаційному дослідженні, містять наукову новизну – вперше запропоновано метод динамічного конструювання потоків робіт під час їх виконання, який відрізняється від наявних автоматичною побудовою графу виконання, що дозволяє виключити етап визначення статичного потоку робіт та зменшити час на впровадження змін у програмне забезпечення; – удосконалено метод класифікації зображень шляхом використання вкладених представлень, що дозволяє додавання нових класів без зміни топології нейронної мережі; – удосконалено математичну модель для оцінки часу адаптації програмного забезпечення класифікації зображень шляхом врахування складових часу модифікації класифікатора та побудови графу потоку робіт, що дає можливість порівнювати швидкості впровадження змін у програмне забезпечення та здійснювати обгрунтований вибір методів та архітектурних рішень. Розроблено хмарне програмне забезпечення для автоматизованої діагностики захворювань за допомогою аналізу знімків КТ. Запропоновані методи, застосовані у програмному засобі, дозволяють швидке дотренування та розширення для підтримки нових методів, розпізнавання нових захворювань тощо. Представлений метод динамічного конструювання потоків робіт та система на його основі можуть бути використані як заміна поточних систем організації обчислень у сфері біоінформатики, у тому числі для проведення геномних розрахунків. Розроблені в дисертації програмні засоби можуть використовуватись як окремо (СКПР, ПЗ аналізу знімків КТ для діагностики) так і в складі інших систем (наприклад, як складові систем підтримки прийняття рішень). Результати проведених досліджень було опубліковано у 9 наукових працях, з яких 4 у фахових наукових журналах категорії «Б», 1 у журналі, що індексується наукометричною базою даних Scopus, 4 у матеріалах міжнародних науково-практичних конференцій.Документ Відкритий доступ Спосіб побудови віртуальної комп’ютерної мережі на основі технології SDN(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Череватенко, Олексій Володимирович; Кулаков, Юрій ОлексійовичЧереватенко О.В. Спосіб побудови віртуальної комп’ютерної мережі на основі технології SDN. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 123 – Комп’ютерна інженерія з галузі знань 12 – Інформаційні технології. – Національний Технічний Університет України «Київський Політехнічний Інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена побудові віртуальної комп’ютерної мережі для передачі заданого типу трафіку з використанням технології програмновизначених мереж (software-defined networks, SDN). По результатам дослідження створено комплексний спосіб побудови віртуальної програмно-визначеної мережі, яка використовує метод побудови каналів зв’язку на основі інтегрального критерію з урахуванням метрик якості обслуговування та метод динамічної реконфігурації мережі з використанням відмовостійких резервних каналів зв’язку. Метою дисертаційної роботи є розробка комплексного способу побудови комп’ютерної мережі для підвищення швидкості та надійності передачі даних в ній, що дозволить гарантувати відповідність мережі заданим параметрам якості обслуговування під час виходу з ладу окремих її ділянок шляхом інтеграції технологій віртуальних мереж та програмно-визначених мереж. Досліджені відомі рішення побудови віртуальних комп’ютерних мереж з використанням технології SDN. На основі аналізу літературних джерел зроблено постановку задачі про необхідність розробки рішення для побудови віртуальної комп’ютерної мережі на основі технології SDN, яке дозволить вдосконалити процеси передачі даних у випадку відмов окремих ділянок комп’ютерної мережі. Після проведеного аналізу літератури на тему відповідності рішень побудови програмно-визначених мереж критеріям якості обслуговування (quality of service, QoS) зроблено висновок про необхідність розробки методу врахування якомога більшої (не менше чотирьох, оскільки відомі рішення зазвичай враховують дві або три) кількості метрик якості обслуговування при передачі даних у мережі. Вперше розроблено та обґрунтовано інтегральний критерій побудови каналів зв’язку у віртуальній комп’ютерній мережі на основі технології SDN, який, на відміну від існуючих способів побудови, одночасно враховує необхідну кількість та пріоритети метрик якості обслуговування каналів зв’язку мережі, що дозволяє досягти збереження стабільної швидкості передачі трафіку будь-якого типу. Цей критерій формується на основі числових метрик якості обслуговування зв’язків між комутаторами для оптимізації побудови шляхів під час маршрутизації. Вперше розроблено та обґрунтовано критерій надійності вузлів мережі для побудови каналів зв’язку, який, на відміну від існуючих способів побудови, враховує здатність проміжних пристроїв мережі транспортувати трафік між своїми портами, що дозволяє збільшити надійність каналів зв’язку та зменшити втрати даних під час передачі. Використання метрики надійності вузлів у якості критерію побудови дозволяє обирати такі канали зв’язку, що задовольняють необхідній якості обслуговування при передачі різних типів трафіку. Вперше розроблено та обґрунтовано метод побудови відмовостійких каналів зв’язку віртуальної мережі на основі технології SDN, який, на відміну від існуючих методів, базується на розділенні віртуальної мережі на підмережі та використовує розроблені інтегральний критерій побудови каналів зв’язку з урахуванням якості обслуговування та критерій надійності вузлів, що дозволяє забезпечити стабільну швидкість, зменшити затримку та втрати даних під час передачі будь-якого типу трафіку у разі виходу з ладу окремих ділянок мережі. Використання пріоритезації метрик при побудові шляхів передачі дозволяє збільшити гнучкість застосування методу та змінювати конфігурацію віртуальної мережі в залежності від різних типів трафіку, що передається. Удосконалено метод динамічної реконфігурації віртуальної мережі на основі технології SDN, який, на відміну від існуючих методів, базується на використанні відмовостійких резервних каналів зв’язку, збережених у пам’яті контролера SDN, що дозволяє підтримувати безперервний сеанс передачі трафіку у разі відмови основного каналу зв’язку. Наявність резервного каналу дозволяє не переривати з’єднання між вузлами у разі відмови основного маршруту, поки контролер виконує побудову нового шляху в обхід проблемних ділянок та завантаження його в комутатори. Розроблено програмне забезпечення для SDN-контролера Open Network Operating System (ONOS), зокрема застосунок, який реалізує розроблені в роботі методи побудови каналів зв’язку на основі інтегрального критерію та динамічної реконфігурації мережі з використанням резервних каналів зв’язку. Експерименти з використанням застосунку показали зменшення часу реконфігурації мережевої моделі та доставки даних, порівняно зі стандартними засобами маршрутизації у ONOS. Це було досягнуто не лише за рахунок використання інтегрального критерію побудови каналів зв’язку, а й ефективнішої компіляції інструкцій контролера та перебудові шляхів між комутаторами на основі зібраних даних про потоки. Використання технології SDN дозволяє виконувати переналаштування мережі на рівні контролера у разі відмови певних вузлів, а програмне забезпечення ONOS дозволяє вносити зміни та розширювати набір інструкцій для віртуальної мережі без зупинки контролера та процесу передачі трафіку. Виконано побудову віртуальних мереж різної топологічної організації, що використовують запропоновані в роботі методи побудови каналів зв’язку на основі інтегрального критерію та динамічної реконфігурації на основі резервних каналів зв’язку. Створені моделі віртуальної мережі у програмній утиліті mininet, виконано підключення до неї централізованого SDN контролера зі встановленим на ньому програмним забезпеченням ONOS, задіяння застосунку для передачі даних між вузлами мережі. У ході експерименту генерувався трафік різних типів і відбувалося зняття показників швидкості передачі даних та їхнього об’єму при поступовому відключенні вузлів мережі. Після відключень вузлів контролер відслідковував зміни в конфігурації мережі та виконував побудову та вибір оновлених каналів передачі трафіку. За результатами експериментів, для топологічних графів різної організації вдалося передати об’єм даних, що є на 65% більшим, ніж той, що був переданий з використанням існуючих методів побудови шляхів. Вдалося не допустити зниження швидкості передачі більше ніж на 41% після відключення половини вузлів мережі. Розроблений спосіб побудови віртуальної мережі на основі технології SDN дозволив розробити експериментальну модель для практичного використання та впровадження у корпоративних SDN мережах з відповідним апаратним забезпеченням.Документ Відкритий доступ Визначення фізичних властивостей полімерних і композиційних матеріалів методами молекулярної динаміки і структурної механіки(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Чолак, Ірина Володимирівна; Карвацький, Антон ЯновичЧолак І. В. Визначення фізичних властивостей полімерних і композиційних матеріалів методами молекулярної динаміки і структурної механіки. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 131 «Прикладна механіка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені ІгоряСікорського», Київ, 2025. Дисертаційну роботу присвячено визначенню фізико-механічних властивостей полімерних і композиційних матеріалів методами молекулярної динаміки та структурної механіки перед їхнім синтезом, що необхідно для прогнозування їхньої ефективності при вирішенні конкретних завдань в умовах експлуатації наближених до реальних. Проведено аналітичний огляд сучасного стану досліджень фізико-механічних властивостей полімерних та композиційних матеріалів. . Розглянуто програмне забезпечення та ряд силових полів, що використовуються для моделювання полімерів та полімерних нанокомпозиційних матеріалів(ПНКМ) методами молекулярної динаміки (МД), методи побудови молекулярних систем полімерів та композитів їх основі, способи врівноваження молекулярних моделей та подальшого моделювання фізико-механічних властивостей матеріалів. Встановлено, що методи числового моделювання є потужними інструментами для мінімізації витрати матеріальних ресурсів та тривалості розробки нових матеріалів, зокрема нанокомпозитів. Моделювання процесів у полімерах та полімерних нанокомпозитах перед їхнім синтезом за допомогою вказаних методів дає змогу дослідити поведінку матеріалів в наближених дореальних умовах експлуатації та визначити доцільність їхнього виробництва ще на етапі розробки. Розглянуто взаємозв’язок між методами молекулярної динаміки та структурної механіки через багатоступеневий підхід до комп’ютерного моделювання для розширення можливостей моделювання. Встановлено, що використання багатоступеневого підходу сприяє зменшенню використовуваних потужностей комп’ютера та розширює часові та просторові границі досліджуваних систем. За результатами проведеного огляду встановлено, що наразі недостатньо досліджено вплив нефункціалізованих нанонаповнювачів з довільним їхнім розміщенням у полімерній матриці на комплекс фізико-механічних властивостей ПНКМ, потрібних для континуального моделювання термо-пружно-пластичного стану в умовах експлуатації. Тому використання методів молекулярної динаміки на етапі створення нових нанокомпозиційних матеріалів для визначення їхніх фізико-механічних властивостей та розвиток багатоступеневого підходу до комп’ютерного моделювання є безумовно актуальною проблемою. На підставі проведеного літературного огляду обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи та сформульовано її мету, яка полягає увизначенніфізико-механічних властивостей полімерів та нанокопозиційнихматеріалівзполімерною матрицею та їх застосування в промисловому виробництві. З використанням програми LAMMPS проведено молекулярно-динамічнемоделювання фізико-механічних властивостей поліетилену. Результативерифікації молекулярної моделі поліетилену (ПЕ) показали, що отриманідані МД моделювання або збігаються з наявними літературними даними, або наближені до них. За аналогічними алгоритмами проведено теоретичні дослідження механічних властивостей нанокомпозитів поліетилен-вуглецеві нанотрбки(ПЕ-ВНТ) і ПЕ-графен методами молекулярної динаміки. За результатами проведеного моделювання, встановлено, що при додаванні ВНТ до полімеру модуль пружності ПЕ-ВНТ (за об’ємної частки ВНТ α = 2,08 %) порівнянозчистим ПЕ збільшується на 6,2 % при 275 К та на 25,2 %при300К. Границятекучості ПЕ-ВНТ (при α = 2,08 %) порівняно з ПЕ такожпідвищується:на13,8 % при 275 К і на 8,8 % при 300 К і швидкості деформації 109 с−1.На інтервалі температур (275–315) К модуль пружності нанокомпозитуПЕ-графен(за об’ємної частки графену α = 1,36 %) перевищує відповідні значенняПЕ:на6,7 % при 275 К і на 6,0 % при 300 К, а при 325 К – навпакизменшуєтьсяна5,4 %. Границя текучості ПЕ-графен (при α = 1,36 %) порівняноз ПЕтакожпідвищується: на 8,9 % при 275 К і на 11,7 % при 300 К і швидкості деформації 109 с−1. Проведено молекулярно-динамічне моделювання теплофізичних властивостей нанокомпозитів ПЕ-ВНТ і ПЕ-графен, що включають: теплопровідність, масову ізобарну теплоємність, коефіцієнт лінійного температурного розширення (КЛТР) та температуру склування. Встановлено,що додавання вуглецевих нанотрубок і листів графену збільшує величину ефективної теплопровідності матриці з ПЕ на (44–54) %за температури293Кіза об’ємної частки ВНТ 2,08 % і графену – 1,36 %, відповідно. Це пов’язано з тим, що наявність нанодомішок у матриці ПЕ підвищує впорядкованість її структури, призводить до збільшення середнього вільного діапазону дифузії фононів та ослаблення їх розсіювання, і тим самим підвищує теплопровідність нанокомпозитів ПЕ-ВНТ та ПЕ-графен. Виконано порівняння даних МДмоделювання ефективної теплопровідності ПЕ-ВНТ і ПЕ-графензвідповідними даними розрахованими за теоретичними залежностямидлякомпозиційних матеріалів. Встановлено, що теоретичні залежності даютьзанижені на (6–26) % значення ефективної теплопровідності порівняно з МДмоделюванням. При цьому розбіжність між значеннями теплопровідностізростає зі збільшенням об’ємної частки ВНТ. За результатами порівняння теплофізичних властивостей властивостей молекулярних моделей чистого ПЕ та нанокомпозиту ПЕ-ВНТ(приα=2,08%)встановлено, на інтервалі температур більше 300 К: масоваізобарнатеплоємність ПЕ-ВНТ збільшується на 3,4 % при 310 К і на 4,9%при320К;КЛТР також підвищується на 18,8 % при 310 К та на 27,5 %при320К. При280 К значення масової ізобарної теплоємності ПЕ-ВНТ(приα=2,08%)порівняно з ПЕ менші на 1,6 % і КЛТР – також менші, але на 12,2%. Для інтервалу температур (275–315) К встановлено, що графікилінійнихтемпературних залежностей масової ізобарної теплоємності і КЛТРПЕ-графенмають зростаючі залежності і перетинають відповідні графіки ПЕнаінтервалі(300–310) К залежно від об’ємної частки графену. За температури280Кзначення ср ПЕ-графен порівняно з ПЕ менші на (5–6) %, а при 320К–навпакибільші на (3,1–5,3) %. При 280 К значення КЛТР ПЕ-графен порівнянозПЕменші на (25–35) %, а при 320 К – більші на (11–17) %. Отримано нелінійні двопараметричні залежності механічнихтатеплофізичних властивостей ПЕ-ВНТ і ПЕ-графен у діапазоні змінитемператур(280–320) К та об’ємної частки наповнювачів (0–2,0) %і (0–1,5) %відповідно.При цьому для розробки нових нанокомпозиційних матеріалівнепотрібновиконувати достатньо складні й тривалі числові експериментинабазіМДмоделювання. Вказаний комплекс властивостей потрібен для моделювання термо-пружно-пластичного стану виробів з нанокомпозитів ПЕ-ВНТіПЕ-графен в умовах експлуатації в континуальному наближенні. З використанням результатів МД моделювання відпалу молекулярнихсистем ПЕ, ПЕ-ВНТ і ПЕ-графен під ізотермічно-ізобарним ансамблем NPT визначено температури склування вказаних матеріалів на підставі аналізу їхніх функціональних залежностей зміни об’єму від температури. Встановлено,що для нанокомпозитів ПЕ-ВНТ з ростом частки наповнювача температура склування підвищується, а для нанокомпозитів ПЕ-графеннавпакизменшується. Сформульовано математичні та розроблено відповідні числові моделізадач напружено-деформованого стану для моделювання випробуваньнанокомпозиційних матеріалів типу ПЕ-ВНТ з функціоналізованимиВНТунаближенні ізотропного середовища. Виконано дослідження ефективнихмеханічних властивостей нанокомпозитів ПЕ-ВНТ з різноюоб’ємноючасткоюта довільним розташуванням функціоналізованих ВНТ різної довжинивполімерній матриці. Для визначення ефективних механічнихвластивостейнанокомпозитів ПЕ-ВНТ за даними числового моделювання напружено-деформованого стану зразків використано дві методики, які даютьзбіжнірезультати для коротких ВНТ: різниця між значеннями ефективногомодуляпружності при α = 0,69 % становить 0,1%, а при α = 2,06 %– 0,8 %. Дослідженосіткову збіжність розроблених числових моделей методомподвійногоперерахунку. Встановлено, що за даними числового моделюванняпохибкавизначення модуля пружності не перевищує 0,2 %, а коефіцієнтаПуассона–0,023 %. На підставі порівняння отриманих значень з результатамимолекулярно-динамічного моделювання нанокомпозитів ПЕ-ВНТ з об’ємноючасткоюВНТα ≤ 2,08 %, визначено, що функціоналізація коротких ВНТ у нанокомпозитіПЕ-ВНТ не призводить до підвищення модуля пружності, що може бутипов’язанозі значним, більше ніж у два рази, зменшенням модуля пружності функціоналізованих ВНТ порівняно з нефункціалізованими через наявність вакансій, які з’являються в структурі ВНТ при їх функціоналізації та значно більше впливають на властивості коротких ВНТ ніж довгих. При порівнянні модуля пружності зразків поліетилену армованого короткими та довгими ВНТ визначено, що армування довгими ВНТ сприяє збільшенню модуля пружності на 14,8 % (у 1,17 разів) за об’ємної частки ВНТ меншої на 0,81 %. Розроблено інструменти у вигляді математичних моделей, методик теоретичних досліджень фізико-механічних властивостей полімерних матеріалів методами молекулярної динаміки і структурної механіки та розрахунку паковань, в яких застосовуються полімерні нанокомпозиційні матеріали. Розроблено рекомендації щодо використання полімерних нанокопозиційних матеріалів у промисловому виробництві та пакувальній індустрії. Визначено ефективність застосування нанокомпозиту ПЕ-ВНТ замість ПЕ у трубах для водопостачання та ємностях для зберігання хімікатів за допомогою відповідних порівняльних розрахунків напружено-деформованогостану.Запропоновано для 3D-друку методом пошарового наплавленнявикористовувати пруток з нанокомпозиту ПЕТГ-ВНТ (де ПЕТГмодифікація поліетилентерефталату з додаванням гліколю, що є більш міцним і термостійким, ніж звичайний ПЕТ). Використання прутка ПЕТГ-ВНТ будесприяти поліпшенню механічних властивостей 3D-друкованих виробів порівняно з ПЕТГ і, зокрема, пакувальної тари, виготовленої просторовим друком, та покращенню адгезії між шарами стренги у виробах. Результати дисертаційної роботи впроваджено у навчальний процес кафедри хімічного, полімерного і силікатного машинобудування КПІ ім. ІгоряСікорського під час викладання дисциплін «Дослідження та інжинірингпакувального обладнання», «Прикладні проблеми механікисуцільнихсередовищ», «Наукова робота за темою магістерської дисертації»дляспеціальності «131 – Прикладна механіка», спеціалізації «Інжинірингпакованьта пакувального обладнання».Документ Відкритий доступ Інваріантна до збурень оптимальна система керування оптичною віссю камери(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Осокін, Владислав Сергійович; Збруцький, Олександр ВасильовичОсокін В.С. Інваріантна до збурень оптимальна система керування оптичною віссю камери. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 173 «Авіоніка» – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Підготовка здійснювалася на кафедрі систем керування літальними апаратами Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Міністерства освіти і науки України. Дисертаційна робота присвячена розробці інваріантної до збурень системи керування оптичною віссю камери для авіаційних і космічних застосувань, що дозволяє стабілізувати і контролювати зображення з оптичних приладів з високою точністю в умовах невизначених зовнішніх збурень. Тематика дослідження пов’язана з розробкою систем керування, які мають інваріантність до збурень і забезпечують стабільне керування оптичною віссю камери в умовах невизначених і змінних зовнішніх впливів. Системи стабілізації та керування, які здатні працювати з високою точністю в умовах невизначеності, мають особливе значення для сучасної авіаційної та космічної техніки. Однією з найважливіших задач є забезпечення стабільності і точності автоматичних систем керування, які керують оптичною віссю камер тепловізійних пристроїв, що використовуються на літальних апаратах різного призначення. При цьому особлива увага приділяється здатності систем до адаптації в умовах невизначених зовнішніх збурень, які можуть суттєво впливати на формування зображення для коректного розпізнавання та наведення. Для вирішення цих задач необхідне застосування новітніх методів математичного моделювання, розробки алгоритмів керування та обчислювальних засобів, які дозволяють отримати стабільну, високоточну систему керування. Дослідження фокусується на створенні систем автоматичного керування, які базуються на принципах оберненої динамічної моделі системи. Це забезпечує можливість підвищити точність і стійкість в умовах зовнішніх збурень завдяки компенсації неконтрольованих впливів у реальному часі. Особливу роль у цьому відіграють математичні моделі, які описують динаміку систем керування оптичними системами і дозволяють передбачити її поведінку в різних умовах експлуатації. Метою дисертаційної роботи є підвищення точності систем автоматичного керування (САК) оптичною віссю камер шляхом розробки та впровадження інваріантної до збурень системи керування з використанням адаптивного коефіцієнту на основі оберненої динамічної моделі системи, що дозволяє досягти гарантованої точності в умовах непередбачуваних зовнішніх впливів. У першому розділі проведено всебічний аналіз існуючих методів і алгоритмів керування, які використовуються для стабілізації та керування оптичними осями камер. Розглянуто основні сучасні підходи, зокрема зворотну динамічну систему, адаптивне керування, робастне керування та метод активного компенсування збурень, що дозволяють забезпечити високу точність роботи САК. На основі цього аналізу сформульовано вимоги до розроблення нової системи керування, яка відповідатиме сучасним викликам в авіаційній галузі. Другий розділ присвячено розробці математичної моделі САК для керування та стабілізації оптичної осі камери, яка забезпечує гарантовану точність і стійкість перехідних процесів при змінних зовнішніх умовах. Математична модель враховує динаміку системи стабілізації та керування оптичною системою та забезпечує високу точність стабілізації зображення. Третій розділ містить розробку алгоритму автоматичного керування, що забезпечує інваріантність до збурень. Запропоновано новий алгоритм формування коефіцієнтів зворотного зв’язку на основі параметрів оптимальної системи з використанням оберененої динамічної моделі системи та додаткового контуру який базується на наближенні змінної стану до допустимої межі та дозволяє досягати гарантованої точності стабілізації при непередбачуваних відхиленнях. Представлено метод визначення параметрів додаткового контуру керування для забезпечення стійкості та адаптивності системи, що дозволяє системі підлаштовуватися до змінних умов в реальному часі. Четвертий розділ присвячено математичному моделюванню роботи розробленої системи керування гарантованої точності. Показано, що запропонований алгоритм забезпечує високу ефективність в умовах невизначених збурень. Проведено порівняння з традиційними методами, що демонструє суттєве покращення якості перехідного процесу керування та стабілізації. Практичне значення роботи полягає у можливості використання розробленої системи в авіаційних та космічних системах для підвищення ефективності роботи тепловізійних камер і сенсорів. Це досягається шляхом забезпечення гарантованої точності в роботі системи керування за умов дії невизначених збурень, зменшення похибки стабілізації та покращення якості формування і обробки зображень. Розроблені алгоритми підвищують точність цілевказівки, зменшують вплив зовнішніх факторів, таких як вібрації та сухе тертя, і забезпечують адаптивність до змін у зовнішньому середовищі. Система може бути інтегрована у складі сучасних тепловізійних приладів, систем наведення та автоматичного супроводження цілі, що використовуються у високоточній техніці. Її впровадження сприяє зростанню ефективності та конкурентоспроможності вітчизняних авіаційних і космічних технологій. Практичні результати роботи реалізовані у виробничих умовах ДП «СПБ Арсенал», що підтверджується відповідним актом впровадження (Додаток Д). Наукова новизна отриманих результатів 1. Вперше запропоновано метод формування коригуючого впливу для компенсації збурень, який базується на наближенні змінної стану до допустимої межі. Показано, що алгоритм забезпечує гарантовану компенсацію збурень та необхідну якість перехідного процесу. 2. Вперше розроблено алгоритм забезпечення інваріантності до збурень демонструє високу ефективність за різних умов, зменшує похибку стабілізації, підвищує точність керування та зберігає стабільність системи в умовах випадкових збурень, на які не накладаються обмеження. 3. Вперше запропоновано застосування підходу оберненої динамічної моделі системи для систем високого порядку для забезпечення стабільності та якості перехідного процесу системи автоматичного керування, що не залежить від характеру збурень, запропонований підхід не накладає обмежень на характер збурень оскільки не потребує їх вимірювання, що дозволяє використовувати систему в умовах змінних та непередбачуваних зовнішніх впливів. 4. Встановлений вплив кожної з алгебраїчної, диференціальної та інтегральної складових регулятора гарантування точності на динаміку системи керування, що дозволило оптимізувати параметри регулятора для підвищення швидкодії та якості перехідного процесу і компенсацію накопиченої похибки, особливо під час тривалих збурень. 5. Узагальнена математична постановка задачі гарантування точності керування як розв’язання алгебро–диференціальних рівнянь з обмеженнями. Публікації. Основні наукові результати дисертаційної роботи опубліковані у 5 наукових статтях у фахових виданнях, включених до переліку наукових фахових видань України категорії «Б», у 5 тез доповідей на міжнародних науково–технічних конференціях, 1з яких матеріали конференції індексуються в Scopus.Документ Відкритий доступ Інформаційна технологія управління обчислювальними ресурсами в Kubernetes кластері(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Омельченко, Віталій Вікторович; Ролік, О. І.Омельченко В. В. Інформаційна технологія управління обчислювальними ресурсами в Kubernetes кластері. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 126 – Інформаційні системи та технології в галузі знань 12 – Інформаційні технології. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена вирішенню проблеми автоматизації управління обчислювальними ресурсами в кластерах Kubernetes. Сучасні інформаційні системи підтримують велику кількість застосунків. Одним із важливих факторів для підтримання заданого рівня якості послуг є забезпечення компонентів інформаційної системи достатнім об’ємом обчислювальних ресурсів. Обчислювальні та фінансові ресурси є обмеженими, що вимагає постійного пошуку балансу між рівнем послуг та об’ємом ресурсів. Автоматизація процесів управління ІТ-інфраструктурою дозволяє підвищити ефективність використання обчислювальних ресурсів кластера при дотриманні необхідного рівня якості послуг, що надаються. Проведено аналіз існуючих методів прогнозування часових рядів в контексті робочих навантажень на доцільність їх використання для проактивного масштабування. Для порівняння обрано поширені методи прогнозування для часових рядів з врахуванням сезонностей, тенденцій та запланованих подій. Проведені експериментальні дослідження оцінки точності обраних методів на типових шаблонах робочих навантажень на основі історичних даних різної довжини. Також досліджено стійкість даних методів до наявності аномалій в історичних даних. На основі проведених експериментів обрано множину методів для прогнозування робочих навантажень в проактивному масштабуванні. Запропоновано метод комбінованого прогнозування з поєднанням компонентів довгострокового та короткострокового передбачення. Навантаження застосунків може включати аномалії, що призводить до некоректного розподілу обчислювальних ресурсів при проактивному управлінні. Метод комбінованого прогнозування дозволяє підвищити стійкість рішень для проактивного масштабування при наявності аномалій з визначеним шаблоном без постійної періодичності. Довгострокове прогнозування використовується для передбачення комплексних сезонностей і тенденцій. Короткострокове прогнозування відповідає за ідентифікацію аномалій в поточному навантаженні та визначення їх масштабу шляхом зіставлення поточного і минулих шаблонів. Комбінування прогнозів двох методів відбувається за допомогою вагових коефіцієнтів, які визначаютьсяшляхом вирішення задачі максимізації на даних для тестування. Проведено експериментальне дослідження запропонованого методу. Результати демонструють підвищення загальної точності з 91% до 95% на тестових даних за умови наявності аномальних шаблонів в історичних даних. Використання запропонованого комбінованого методу прогнозування в рішеннях для проактивного масштабування може підвищити ефективність управління обчислювальними ресурсами. Запропоновано метод проактивного масштабування обчислювальних ресурсів. Проактивні методи масштабування дозволяють надавати консистентний рівень якості послуг при ефективному використанні обчислювальних ресурсів. Описано модель проактивного управління. Запропоновано архітектуру модуля проактивного масштабування, яка включає модулі даних, прогнозування, застосування та прийняття рішень. Описано використання методу в умовах відсутності даних або низької точності отриманих прогнозів. На основі проведеного аналізу методів прогнозування обрано рішення для подальшого використання та розробки програмного модуля. Реалізовано програмний модуль для горизонтального проактивного масштабування в Kubernetes з використанням вбудованих інструментів. Проведено експериментальне дослідження розробленого програмного модуля на кластері Kubernetes для порівняння зі статичним та реактивним підходами масштабування. У порівнянні з надлишковим статичним підходом отримано аналогічний рівень якості послуг при використанні на 46% меншого об’єму ресурсів. У порівнянні з реактивним підходом середній час відповіді застосунку зменшився з 160 мс до 23 мс. Запропоновано гібридний метод масштабування, що включає реактивний і проактивний компоненти. Комбінація даних методів дозволяє використовувати проактивне управління при наявності точних прогнозів. При виникненні аномалій навантаження і неможливості точно оцінити їх масштаб, управління передається реактивному компоненту. Запропоновано індикатор переходу між проактивним і реактивним управлінням на основі порівняння відповідності отриманих прогнозів до поточного навантаження на застосунок. Рівень точності прогнозів визначається протягом заданої кількості ітерацій. Для забезпечення оперативної передачі управління забезпечується робота обох компонентів незалежно від поточного стану. Реалізовано програмний модуль з використанням розробленого проактивного методу і вбудованого рішення для реактивного масштабування в Kubernetes. Проведено експериментальне дослідження розробленого програмного модуля. Результати демонструють здатність запропонованого методу ідентифікувати аномалії та передавати управління між компонентами за визначеними правилами. Запропоновано гібридний метод масштабування, що дозволяє координувати роботу горизонтального і вертикального компонентів масштабування. Метод дозволяє підвищити ефективність використання обчислювальних ресурсів кластера при використанні горизонтального масштабування. Вертикальний компонент адаптує об’єм обчислювальних ресурсів до поточних потреб в межах одного екземпляру для типів обчислювальних ресурсів, які не є основними при горизонтальному масштабуванні. Запропоновано модуль координації для узгодження конфігурації вертикального і горизонтального компонентів. Розроблено програмний модуль для роботи в Kubernetes, який використовує запропонований метод. Результати проведених експериментів демонструють зменшення збиткового резервування обчислювальних ресурсів на 65% у порівнянні зі статичним підходом на синтетичних даних. Створено інформаційну технологію управління обчислювальними ресурсами в кластері. Запропоновано здійснювати декомпозицію інформаційних систем на окремі модулі. Визначено функціонал кожного модуля і комунікацію між модулями та кластером. На основі запропонованої архітектури описано реалізацію інформаційної технології в кластерах Kubernetes. Запропоновано здійснювати інтеграцію вбудованих інструментів для моніторингу стану, аналізу даних і розгортання елементів управління. Описано процеси управління обчислювальними ресурсами. Реалізована інформаційна система використовує інтеграцію розроблених методів для проактивного та гібридного масштабування. Розроблені методи та інформаційна технологія може бути використана для управління ресурсами в реальних інформаційних системах з використанням платформи Kubernetes або подібних платформ оркестрації контейнеризованих застосунків для автоматизації процесів управління обчислювальними ресурсами.Документ Відкритий доступ Інформаційна технологія керування безпілотними апаратами на базі ігрового підходу та нейронних мереж(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Альперт, Максим Іоганович; Онищенко, Вікторія ВалеріївнаАльперт М.І. Інформаційна технологія керування безпілотними апаратами на базі ігрового підходу та нейронних мереж. − Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 126 – Інформаційні системи та технології в галузі знань 12 – Інформаційні технології. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена розробці методів керування безпілотними апаратами та їх взаємодії, що дозволяють підвищити успішність пошуковорятувальних операцій та доставки життєво-необхідних вантажів у важкодоступні місця, в умовах обмеженості ресурсів. Тому існує потреба у створенні нової інформаційної технології взаємодії безпілотних апаратів (БпА) різних типів (наземного та літального) із застосуванням нейронних мереж в умовах ризику та невизначеності, реалізація якої запропонована на базі ігрового підходу, а також у злагодженому функціонуванні програмно-технічного комплексу. У першому розділі висвітлено стислий огляд сучасного стану розвитку інформаційних технологій, їх всебічне застосування в різних галузях: виробництві, сільському господарстві, науці, освіті, зв’язку та управлінні. Наведено огляд інформаційних технологій, новітніх наукових досліджень, напрямів, їх практичної реалізації на даний час. Виконано аналіз позитивних та проблемних аспектів практичної реалізації розглянутих наукових досягнень. Проведено аналіз актуального стану інформаційних технологій керування безпілотними апаратами із застосуванням ігрового підходу та нейронних мереж. Надано огляд сучасних прикладних ігрових методів, побудованих на базі апарату теорії ігор, з використанням яких вже отримана низка перспективних результатів та проаналізовані останні наукові та практичні дослідження в цій галузі. Розглянуто різні типи нейронних мереж, їх застосування у різноманітних сферах життя. Також розглянуто використання нейронних мереж у поєднанні з навчанням з підкріпленням, що дозволяє приймати оптимальні рішення керування у системі. Використання нейронних мереж у поєднанні з ігровими методами має перспективу розвитку для підвищення безпеки виконання місії безпілотними апаратами. Запит суспільства для вирішення складних задач із застосуванням безпілотних апаратів визначає попит на подальший розвиток та вдосконалення інформаційних технологій, у тому числі при розробці нових підходів, методів та моделей керування безпілотними апаратами. У другому розділі виконаного наукового дослідження здійснено огляд, порівняння, аналіз існуючих методів, надано обґрунтування обрання апарату дослідження, який застосовано в процесі проєктування інформаційної технології керування безпілотними апаратами (БпА); отримано нові математичні моделі та розроблена архітектура інформаційної системи. Математичні моделі типу кооперативних ігрових моделей спроможні адекватно відтворюють керування коаліцією безпілотних апаратів, надають змогу розглядати безпілотні апарати в якості гравців, враховують технічні обмеження та способи взаємодії БпА між собою в умовах коаліції. Проведено огляд і порівняльний аналіз централізованого і децентралізованого методів керування БпА. Зроблено висновок, що централізований метод керування коаліцією БпА у порівнянні з децентралізованим має переваги у контролі, простоті та безпеці. Враховуючи переваги централізованого методу над децентралізованим, в науковому дослідженні обрано централізований метод керування БпА. В результаті проведення дисертаційного дослідження отримано дві математичні моделі. 1. Побудовано комбіновану централізовано-кооперативну математичну ігрову модель керування БпА в процесі наукового дослідження. В процесі створення цієї моделі використано підходи і апарат ігрового методу. В якості загальної функції виграшу обрано функцію, яка визначає головну ціль гри − успішне виконання місії від її початку і до кінця. Результатом моделювання є знаходження максимуму загальної функції виграшу. Експериментальне порівняння результатів оптимізації функцій успішності, отриманої комбінованої централізовано-кооперативної математичної ігрової моделі, з однієї сторони з відповідними результатами функцій успішності ідеальної та децентралізованої моделі, з іншої сторони, дає змогу зробити висновок про значно більшу ефективність функції виграшу отриманої моделі. Практичне застосування комбінованої централізовано-кооперативної математичної ігрової моделі дозволить при виконанні місії обрати ігровий підхід; обрати централізовано-кооперативний метод керування БпА; визначитися з вибором найбільш підходящих технічних характеристик коаліції БпЛА та БпНА. 2. Розроблена оптимізаційна ігрова математична модель керування безпілотними апаратами із застосуванням нейронних мереж в умовах ризику та невизначеності. В науковому дослідженні детально розглянуто підхід до вирішення проблеми обмеженості та/або неточності вхідних даних, відповідно до якого розглядаються два різних види ситуацій, які зазвичай необхідно дослідити, а саме: рішення приймаються в умовах ризику; рішення приймаються в умовах невизначеності. В залежності від характеру небажаних ситуацій залежить вибір апарату дослідження. Якщо рішення приймаються в умовах ризику, то появу небажаної перешкоди моделюють із застосуванням апарату теорії ймовірностей. Якщо рішення приймається в умовах невизначеності, функцію розподілу ймовірностей знайти практично неможливо. В науковому дослідженні розглядаються обидві ситуації, які виникають при моделюванні керування БпЛА та БпНА: ризик появи небажаного явища, зокрема весняного/осіннього бездоріжжя; раптова поява перешкоди (ями) в процесі виконання місії (невизначеності). Визначена функція розподілу ймовірностей для кожного i-го ребра з використанням метеорологічних даних за визначений період. Результат застосування першої частини оптимізаційної ігрової математичної моделі – отримання шляху з виключеними проблемними ребрами (ділянками шляху). Друга частина моделі вирішує проблему подолання раптової перешкоди (невизначеності) на шляху в процесі виконання місії. Запропоновано вирішувати цю проблему за допомогою можливостей нейронних мереж та навчання з підкріпленням. Проведено аналіз ефективності оптимізаційної ігрової математичної моделі керування БпЛА та БпНА із застосуванням нейронних мереж в умовах ризику та невизначеності. Найбільшу ефективність з розглянутих реальних моделей має модель, отримана в результаті наукового дослідження, яка врахувала і ризики, і невизначеність. У третьому розділі проведено порівняльний аналіз відомих симуляторів, які необхідні для проведення практичних експериментів. Розглянуто найпоширеніші симулятори (Ardupilot, PX4, ROS, Gazebo, Microsoft AirSim), а також проаналізовані їхні переваги та недоліки. Для проведення досліджень та експериментів обрано симулятор Microsoft AirSim. В науковому дослідженні запропоновано такі модифікації симулятора Microsoft AirSim: прибрано центральний контролер та окремий обчислювальний мікрокомп’ютер; додано нові фізичні контролери; додано блок вбудованих алгоритмів; налагоджено взаємодію вбудованих алгоритмів з API Layer. Для проведення експериментів наукового дослідження використано два типи БпА (наземний та літальний), які вбудовані у Microsoft AirSim. В дисертаційному дослідженні наведено огляд різноманітних середовищ, які дозволяють використовувати обраний симулятор та які потенційно можна використовувати для перевірки ігрового підходу і нейронних мереж у керуванні безпілотними апаратами. Для проведення експериментів з виявлення великих статичних та раптових перешкод обрано комбіновану згорткову нейронну мережу, яка поєднує швидкість розпізнавання MobileNet, точність виявлення об’єктів за допомогою SSD та переваги трансферного навчання. Проведені експерименти складалися з навчання згорткової нейронної мережі розпізнавати великі статичні перешкоди за допомогою трансферного навчання. Відповідно до отриманих наукових результатів запропонована у дослідженні комбінована згорткова нейронна мережа ефективно розпізнала нові об’єкти, а саме − великі статичні блоки та раптові перешкоди (вибоїни, ями). Застосоване навчання з підкріпленням в науковому дослідженні надало можливість успішно подолати великі статичні та раптові перешкоди наземним БпА. У четвертому розділі дисертаційного дослідження багато уваги приділено питанню обробки та збереження даних стосовно керування безпілотними апаратами. В якості інструменту проєктування багатошарової архітектури взаємодії з БД обрано мова програмування Python та бібліотека FastAPI. В процесі дослідження розроблено діаграму класів для інформаційної технології керування безпілотними апаратами, побудовано модифікований образ Kafka Connect, а також розроблено схему інформаційної технології керування безпілотними апаратами на базі ігрового підходу та нейронних мереж. Результати наукового дослідження мають як теоретичне, так і практичне значення. Наукове значення отриманих результатів полягає в отриманні нових методів та математичних моделей для проєктування інформаційних технологій керування безпілотними апаратами на базі ігрового підходу та нейронних мереж. На основі одержаних в результаті дослідження алгоритмів розроблено програмне забезпечення і проведено комп’ютерне моделювання різних можливих ситуацій. Запропоновані методи і алгоритми можуть стати основою для керування взаємодією безпілотних апаратів.Документ Відкритий доступ Технологія виробництва чавунних виливків з градієнтною структурою та властивостями(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Устименко, Аліна Іванівна; Лук’яненко, Іван ВіталійовичУстименко А.І.. Технологія виробництва чавунних виливків з градієнтною структурою та властивостями. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 13 Механічна інженерія за спеціальністю 136 Металургія. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертація присвячена дослідженню та розробленню технології виробництва жаростійких чавунних виливків з градієнтною структурою та властивостями для роботи в умовах інтенсивного впливу циклічних термомеханічних навантажень. Розроблено комплекс технологічних прийомів формування градієнту структури та властивостей за рахунок зміни морфології включень графіту у виливках з жаростійких чавунів. Актуальність дослідження полягає у покращенні експлуатаційних властивостей оснащення склотарної промисловості, а саме – формокомплекту, який піддається інтенсивному впливу термічних навантажень. Відповідно, дана практична цінність є вихідним пунктом для досліджень та утилітарного відображення розробленого комплексу технологічних прийомів. Дисертаційна робота складається з чотирьох розділів, у яких викладено та обґрунтовано основні результати дисертаційної роботи. У вступі наведено актуальність дисертаційного дослідження, сформульовано мету та задачі, вказано наукову новизну та практичну цінність. У першому розділі висвітлено світові екологічні проблеми, що стосуються деструктивного впливу пластикових пакувальних матеріалів на навколишнє середовище та сучасні тенденції їх заміни на альтернативні матеріали природного походження, такі як скло. Наведено характерні проблеми світових виробників скляної порожнистої тари (склотари) та тенденції розвитку галузі вцілому. Розкрито проблеми виробників оснащення, а саме деталей формокомплекту (форми) для виготовлення порожнистих виробів зі скла. На основі проведеного літературного огляду наведено особливості процесу виробництва склотари, що формують основні вимоги до експлуатаційних властивостей формокомплектів. Проаналізовано поширені матеріали світових виробників формокомплекту, відображено рівень конкурентності вітчизняного виробництва. Розглянуто сучасні методи покращення експлуатаційних властивостей матеріалів, що дозволило оцінити особливості та ефективність технологічних прийомів для подальшого застосування під час виготовлення виливків з жаростійких чавунів. На основі розглянутого та проаналізованого матеріалу – сформульовано мету та задачі дослідження. У другому розділі описано вихідні матеріали та технологічний процес виплавляння жаростійких чавунів, матеріали для їх позапічного оброблення та особливості проведення. Представлено технологічні варіанти виготовлення виливків, методи дослідження фазових перетворень, мікроструктури, механічних властивостей, жаростійкості та температуропровідності чавунів. У третьому розділі описано проведені дослідження з визначення хімічного складу жаростійких кремнистих чавунів 310СМ та 350СМХАН на основі аналізу впливу хімічних елементів на формування властивостей жаростійкості матеріалів. За результатами аналізу визначено вміст основних елементів, а саме % мас.: С = 3,0-3,2; Si = 3,1-3,5 – для чавуну 310СМ; С= 3,0-3,6; Si = 1,8-2,6 – для чавуну 350СМХАН. Основними легувальними елементами для обох сплавів обрано: Si, Mo, Cr, Al, Ni. Визначено температури початку фазових перетворень в дослідних чавунах 310СМ та 350СМХАН методом диференційно-термічного аналізу. Отримані результати порівнювали з характеристиками гомогенних зразків чавуну зі складової формокомплекту для виготовлення склотари. Для порівняння використали складову формокомплекту – форму (далі – вихідний зразок), яка відбракована через локальне потрапляння скла у вентиляційні канали під час налаштування технологічного процесу. За результатами візуального контролю формувальна поверхня вихідного зразка не мала критичних дефектів. Встановлено, що температури початку фазових перетворень дослідних чавунів 310СМ і 350СМХАН перевищують значення температури початку фазових перетворень чавуну вихідного зразка на 31,9 ºС та 17,7 ºС відповідно. Встановлено показники жаростійкості (окалиностійкості, ростостійкості та термостійкості) чавунів 310СМ та 350СМХАН за температури 1000+-20 °С, які порівнювали з аналогічними показниками чавуну вихідного зразка. У результаті встановлено, що після 50 год витримування за температури 1000+-20 °С зміна питомої маси чавунів 310СМ та 350СМХАН менша порівняно з показниками вихідного зразка. Визначено, що у відсотках, значення окалиностійкості чавунів 310СМ та 350СМХАН кращі за окалиностійкість вихідного зразка на 4% та 2 % відповідно. У результаті дослідження ростостійкості встановлено, що ріст зразків чавунів 310СМ та 350СМХАН зі збільшенням кількості циклів нагріванняохолодження (інтервал термоциклування 25+-3 °С-1000+-20 °С) збільшується лінійно. Після 60ти циклів випробовувань на ростостійкість визначено, що зміна геометричних розмірів зразків чавуну 310СМ тотожна значенням вихідного зразка. Зміна розмірів зразків з чавуну 350СМХАН вдвічі менша порівняно зі змінами в чавуні вихідного зразка. Показники термостійкості зразків із чавунів 310СМ та 350СМХАН після 60ти циклів нагріванняохолодження знаходяться на рівні показників чавуну вихідного зразка. У четвертому розділі представлено результати застосування технологічних варіантів для виготовлення виливків із чавунів 310СМ та 350СМХАН з градієнтною структурою за перерізом. Експериментально проведені дослідження знайшли своє відображення у результатах металографічних досліджень, показниках мікротвердості, твердості та температуропровідності, які підтверджують наявність градієнтної структури та властивостей за перерізом виливків. Перший технологічний варіант виготовлення виливків з чавунів 310СМ та 350СМХАН полягає в поверхневому обробленні розплаву в ливарній формі силікобарієвим інокулятором марки SB5 фракціями 0,315 мм, 0,4 мм та 0,63 мм. За результатами металографічного дослідження перерізу виливків визначено, що форма включень графіту пластинчата, а розподіл включень – рівномірний. Встановлено, що за перерізом зразків із чавуну 310СМ середні розміри графітових включень змінюються від 290 мкм до 700 мкм, із чавуну 350СМХАН – в 1,5 рази менші порівняно з 310СМ (залежно від зони). Визначено наявність феритноперлітної металевої матриці. Мікротвердість феритної складової змінюється від 180 HV до 120 HV, а перлітної – від 347 HV до 230 HV. Для зразків 350СМХАН властива перлітноферитна металева матриця з незначною кількістю фериту у вигляді оторочок навколо графітових включень. Мікротвердість домінуючого перліту знаходиться в діапазоні від 365 HV до 300 HV. Другий технологічний варіант виготовлення виливків полягає в поверхневому обробленні розплавів 310СМ та 350СМХАН силікобарієвим інокулятором марки SB5 фракцією 0,315 мм у поєднанні із застосуванням холодильників товщинами 10 мм, 20 мм та 30 мм в нижній порожнині ливарної форми. Технологічний варіант дозволив отримати пластинчату форму включень графіту зі зміною їх розподілу від дрібнорозгалуженого до рівномірного. Встановлено, що у виливках з чавунів 310СМ та 350СМХАН середні розміри графітових включень зменшилися приблизно в 2,5 рази, порівняно з показниками першого технологічного варіанту. У результаті металографічного дослідження мікроструктури зразків, встановлено, що у виливках з чавуну 310СМ наявна феритноперлітна матриця. Мікротвердість феритної складової змінюється від 218 HV до 162 HV, а перлітної складової – від 350 HV до 253 HV. Для зразків з чавуну 350СМХАН властива перлітноферитна металева матриця з незначним вмістом фериту, мікротвердість домінуючого перліту змінюється від 337 HV до 260 HV за перерізом усіх зразків. З метою отримання феритної металевої матриці використано третій технологічний варіант, який полягає у ковшовому обробленні чавунів 310СМ та 350СМХАН силікобарієвим інокулятором марки SB5 та заливанні розплаву на холодильники товщинами 10 мм, 20 мм та 30 мм. Встановлено, що даний варіант дозволив отримати за перерізом виливків обох сплавів градієнт включень графіту пластинчастої форми за розподілом – від дрібнорозгалужених міждендритних до розеткових, які переходять до рівномірних пластинчатих включень графіту. Визначено, що у виливках присутнє зменшення розмірів графітових включень залежно від досліджуваної зони, порівняно з першим та другим технологічними варіантами: для виливків з чавуну 310СМ розміри змінюються від 84 мкм до 357 мкм, а для 350СМХАН – від 65 мкм до 227 мкм. Встановлено, що зразкам із чавуну 310СМ властива повністю феритна металева матриця, значення мікротвердості якої за перерізом змінюються від 184 HV до 126 HV. При цьому, для зразків з чавуну 350СМХАН характерна перлітна металева матриця з карбідними фазами. Мікротвердість перліту змінюється від 380 HV до 296 HV за перерізом усіх зразків. З метою отримання градієнтної морфології структурних складових застосовано четвертий технологічний варіант, який полягає у комбінованому (поступовому) обробленні чавунів 310СМ та 350СМХАН: ковшове оброблення розплаву силікобарієвим інокулятором марки SB5 та внутрішньоформове модифікування в реакційній камері магнієвмісним модифікатором марки VL63(M) і лиття розплаву на холодильники товщинами 10 мм, 20 мм та 30 мм. Технологічний варіант забезпечив отримання у всіх виливках з чавуну 350СМХАН розподіл включень пластинчастого графіту від дрібнорозгалуженого міждендритного до розеткового та перехід до рівномірного. Вказаний розподіл включень графіту аналогічний розподілу в зразках, отриманих за третім технологічним варіантом. Однак, дисперсність графітових включень підвищилася в 1,5 рази порівняно з третім технологічним варіантом. Для виливків з чавуну 310СМ, які було виготовлено із застосуванням холодильників товщинами 10 мм та 20 мм, характерна така ж морфологія графітових включень як у виливках із 350СМХАН. Встановлено, що особлива градієнтна зміна морфології графітових включень властива за перерізом виливка з чавуну 310СМ, який виготовлено із застосуванням холодильника 30 мм. Досліджено, що на поверхні контакту з холодильником у виливку присутній шар завтовшки 6 мм з включеннями графіту кулястої форми, діаметром від 2 мкм до 17 мкм та ступенем сфероїдизування в межах від 70 % до 80 %. Встановлено, що з віддаленням від поверхні контакту із холодильником, морфологія включень графіту змінюється від кулястої до вермикулярної форми. Товщина шару включень вермикулярного графіту становить близько 15 мм. Після чого, в глибших шарах відбувається перехід до включень графіту пластинчастої форми розміром до 245 мкм. За результатами досліджень виливків із чавуну 310СМ, визначено, що їм властива феритна металева матриця, а виливкам з чавуну 350СМХАН – перлітно-феритна. Значення мікротвердості фериту в обох чавунах змінюються від 210 HV до 145 HV. Мікротвердість перліту у виливках з чавуну 350СМХАН змінюється за перерізом від 340 HV до 225 HV. Проведено дослідження температуропровідності виливків з чавунів 310СМ та 350СМХАН, які отримані за третім і четвертим технологічними варіантами виготовлення та із застосуванням холодильника товщиною 30 мм. Встановлено, що показники коефіцієнтів температуропровідності зразків із чавуну 310СМ у середньому на 26 % вищі, порівняно з показниками чавуну 350СМХАН та чавуну вихідного зразка. Встановлено, що найперспективнішим технологічним варіантом є застосування комбінованого (поступового) оброблення чавуну 310СМ: ковшове оброблення розплаву інокулятором марки SB5 та внутрішньоформове модифікування в реакційній камері ливникової системи модифікатором марки VL63(M) із заливанням на холодильник товщиною 30 мм. Даний варіант дозволив отримати у виливках градієнтну структуру за морфологією графіту: зміна від шару включень графіту кулястої форми до шару з включеннями вермикулярного графіту та перехід до включень пластинчатої форми. За перерізом виливків з градієнтною структурою властива зміна механічних (мікротвердості та твердості) і теплофізичних властивостей, зокрема температуропровідності. Виливки з градієнтною структурою та властивостями можуть бути використані для виготовлення деталей з більшою довговічністю в умовах впливу циклічних термомеханічних навантажень. Застосовувати комбіноване оброблення для виготовлення чавунних виливків необхідно з урахуванням вимог до конкретного виробу.Документ Відкритий доступ Науково-технічні принципи стандартизації та управління ризиками інвазивного медичного виробу із простатопротекторною дією(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Дмитренко, Олександра Василівна; Галкін, Олександр Юрійович; Голембіовська, Олена ІгорівнаДмитренко О.В. Науково-технічні принципи стандартизації та управління ризиками інвазивного медичного виробу із простатопротекторною дією. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 163 – Біомедична інженерія. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена комплексному дослідженню науковотехнічних аспектів розробки, стандартизації та управління ризиками інвазивних медичних виробів для ректального застосування, що містять біологічно активні речовини рослинного походження. У роботі досліджено фізико-хімічні, фармакотехнологічні та біологічні властивості медичних виробів із комбінованим складом, їхню відповідність сучасним міжнародним стандартам та регуляторним вимогам. У першому розділі проведено систематичний аналіз сучасних підходів до оцінки безпеки та ефективності медичних виробів. Розглянуто особливості нормативної бази України, гармонізованої з міжнародними стандартами ISO 10993 (оцінка біосумісності), ISO 14971 (управління ризиками) та положеннями Регламенту (ЄС) 2017/745. Описано сучасні тенденції в розробці медичних виробів ректального застосування, що містять біологічно активні речовини. Особливу увагу приділено проблемі розмежування медичних виробів і лікарських засобів на основі їхнього механізму дії. Визначено значущість випробувань біосумісності, зокрема цитотоксичності, сенсибілізації, які є необхідними для медичних виробів, що містять біологічно активні компоненти. Акцент зроблено на комплексній стратегії оцінки безпечності, яка поєднує лабораторні дослідження in vitro та доклінічні випробування in vivo з метою зниження потенційних ризиків при клінічному використанні. У другому розділі роботи детально описано матеріали та методи, які використовувалися для дослідження. Зокрема, подано характеристику рослинних екстрактів (карликова пальма, любисток лікарський, календула лікарська), отриманих методом надкритичної рідинної екстракції CO2, та основ для супозиторіїв (масло какао, Suppocire® AML, Witepsol® H15, поліетиленгліколі). Для оцінки фізико-хімічних властивостей та якості супозиторіїв було застосовано широкий спектр методів: візуальний огляд, вимірювання розмірів, визначення однорідності маси, межі міцності, часу плавлення, розм'якшення та розпадання. Крім того, проведено кількісне визначення вмісту активних речовин у супозиторіях та дослідження їхньої мікробіологічної чистоти. Для оцінки цитотоксичної дії препаратів використано методи культивування клітин та МТТ-тест. Отримані результати статистично оброблено з використанням t-критерію Стьюдента та ANOVA. Третій розділ присвячено розробці оптимальної рецептури ректальних супозиторіїв із використанням рослинних компонентів, які демонструють протизапальну, антиандрогенну та антиоксидантну активність. На основі аналізу літературних даних і попередніх експериментів було відібрано три основні біологічно активні інгредієнти: екстракт ягід карликової пальми (Saw palmetto), екстракт коренів любистку лікарського (Levisticum officinale) та екстракт квіток нагідок лікарських (Calendula officinalis). Досліджено вплив комбінацій цих компонентів на фізико-хімічні властивості супозиторіїв, їх стабільність і рівномірність розподілу активних речовин. Обрано допоміжні речовини, такі як жирова основа, яка забезпечує стабільність і зручність застосування. У четвертому розділі оцінено біосумісність розроблених супозиторіїв відповідно до стандарту ISO 10993. Проведено тести на: - Цитотоксичність – оцінено вплив активних компонентів на клітинні культури, що підтвердило відсутність у них токсичної дії. - Сенсибілізацію – перевірено алергічну реактивність супозиторіїв, яка виявилася мінімальною. - Подразнення – встановлено, що супозиторії не викликають подразнення шкіри та слизових оболонок. Результати свідчать про високу біосумісність розроблених супозиторіїв, що дозволяє рекомендувати їх для подальших доклінічних досліджень. Також у цьому розділі наведено результати клінічного оцінювання терапевтичної ефективності ректальних супозиторіїв на моделі хронічного запалення. Застосування поєднання активних компонентів у формі супозиторіїв забезпечує виражений синергетичний ефект, що проявляється у: - Зниженні набряку та запальної реакції – встановлено значне зменшення рівня запального процесу в зоні застосування, що підтверджується гістологічними даними. - Відновленні мікроциркуляції – вивчено вплив активних компонентів на покращення кровопостачання у зоні запалення. - Антиоксидантній активності – проведено аналіз рівня окислювальних маркерів, який показав зниження вільнорадикального окислення під дією супозиторіїв. - Зменшенні больового синдрому – встановлено, що застосування супозиторіїв сприяє швидкому зняттю больових симптомів. Порівняння з традиційними методами лікування (пероральні препарати, ін’єкційні форми) показали перевагу ректальних супозиторіїв у зниженні побічних ефектів, зокрема з боку шлунково-кишкового тракту, та забезпеченні локальної дії. Це свідчить про перспективність розроблених виробів для лікування хронічного простатиту та інших запальних станів. У цьому розділі акцентується увага на важливісті систематичного підходу до управління ризиками, пов’язаними з використанням медичних виробів ректального застосування. На основі стандарту ISO 14971 розроблено модель управління ризиками, яка включає: - Ідентифікацію ризиків – виявлено потенційні ризики, пов’язані з біологічно активними речовинами (варіабельність сировини, можливість алергічних реакцій, взаємодія з чутливими тканинами). - Оцінку ризиків – проаналізовано вплив кожного ризику на безпеку та ефективність супозиторіїв. Для цього використано матрицю оцінки ризиків із визначенням їхньої ймовірності та серйозності наслідків. - Мінімізацію ризиків – розроблено заходи, спрямовані на зниження ризиків, включаючи контроль якості сировини, вдосконалення технологічного процесу та проведення випробувань в процесі виробництва та при випуску готового продукту. Система управління ризиками може бути впроваджена виробниками для покращення якості продукції та забезпечення її відповідності сучасним міжнародним стандартам. Практичне значення роботи полягає у створенні медичних виробів, які відповідають сучасним міжнародним вимогам щодо безпеки та ефективності. Запропоновані підходи до розробки, стандартизації та управління ризиками сприяють вдосконаленню терапії хронічного простатиту та інтеграції українських виробників у міжнародний ринок. Рекомендації роботи можуть бути використані регуляторними органами та виробниками для вдосконалення процесів розробки, оцінки відповідності та впровадження медичних виробів на ринок. Таким чином, виконані дослідження закладають основу для подальшої розробки інноваційних медичних виробів, що поєднують високу ефективність із безпекою та відповідають найвищим стандартам сучасної медицини.Документ Відкритий доступ Теоретичні засади побудови систем керування перетворювачами на базі ентропійної дивергенції(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Клен, Катерина СергіївнаКлен К.С. Теоретичні засади побудови систем керування перетворювачами на базі ентропійної дивергенції. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.12 «Напівпровідникові перетворювачі електроенергії». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. У дисертаційній роботі отримала подальший розвиток теорія керування напівпровідниковими перетворювачами, які є невід’ємною частиною сучасних локальних систем електроживлення, побудована на основі застосування аналогу принципу невизначеності Гейзенберга, розрахунку ентропійної дивергенції та врахування особливостей потоків енергії генерації та споживання. Доведено , шо врахування вказаних особливостей при побудові систем керування перетворювачами дозволяє підвищити загальну ефективність локальних систем електроживлення. Отримані результати у сукупності є теоретичним узагальненням та новим вирішенням важливої науково-прикладної проблеми підвищення ефективності використання енергії первинного потоку у локальних системах електроживлення з напівпровідниковими перетворювачами. У першому розділі проаналізовано умови підвищення ефективності використання електроенергії у локальних системах електроживлення з установками на основі відновлюваних джерел енергії засобами перетворювальної техніки. Показано, що для підвищення ефективності необхідно впроваджувати інтелектуальні механізми керування розподіленими енергетичними ресурсами та їх систему інтеграцію з використанням накопичувачів електричної енергії, що дозволить зменшити частку нерегульованого навантаження в системі. При цьому важливою задачею є реалізація керування напівпровідниковими перетворювачами у локальних системах електроживлення з установками на основі відновлюваних джерелам енергії та накопичувачами з врахуванням значної розмірності простору даних, різнорідності їх потоків, а також – забезпеченням гарантованого електроживлення навантаження протягом наперед визначеного інтервалу часу. Показано, що реалізація ефективного керування перетворювачами у локальних системах електроживленням обумовлює необхідність створення відповідного математичного базису, який включає: 1) застосування аналогу принципу невизначеності Гейзенберга; 2) залучення положень теорії ентропійного та фрактального аналізу; 3) розвиток теорії моментних перетворень та теорії мартингалів, та створення на його основі ефективних алгоритмів і систем керування. У другому розділі проведено математичне моделювання структури потоку первинної енергії. Показано, що на основі врахування аналогу принципу невизначеності Гейзенберга для ефективного керування локальною системою електроживлення необхідно мати два канали керування: за базовим інтервалом для забезпечення необхідного рівня енергії для заряду накопичувача та за мінімальною тривалістю інтервалу спостереження для забезпечення необхідного рівня максимально можливої енергії, що отримується від відновлюваних джерел. Показано, що при випадковому характері підключення навантаження або зміни потужності джерела енергії на інтервалі спостереження флуктуації електромагнітних процесів у локальній системі електроживлення відповідають Вінеровському процесу, що переводить систему до режиму нестійкої роботи. Для підтримання стійкої роботи таких систем необхідно мати деякий заздалегідь відомий додатковий запас величини енергії, що визначається відповідно до закону повторного логарифму, і використовується при підключенні навантаження або зміні потужності вхідного джерела енергії. Обґрунтовано застосування інтегральних оцінок зміни параметрів системи, що не потребують значної кількості обчислень для зниження розмірності простору даних зі збереженням корисної інформації про систему. Однією з таких інтегральних оцінок потужності сонячного випромінювання на поверхні сонячних батарей є віртуальна щільність хмарного покриву, що розраховується на основі методу зворотного перетворення та перетворення Фур’є. Крім того, параметри потоків первинної енергії, такі як інтенсивність випромінювання та швидкість вітру, можна визначати опосередковано на основі супровідних даних про температуру повітря, тиск та вологість, за допомогою кореляційного аналізу. Показано, що врахування фрактальної природи процесів генерації та споживання енергії дозволяє підвищити точність прогнозування потужності у локальних системах електроживлення. Третій розділ присвячений особливостям керування перетворювачами на основі розрахунку ентропійної дивергенції. Показано, що реалізація прогнозного керування локальною системою електроживлення з використанням першої вибіркової ентропії, як інтегральної характеристики стану системи, дозволяє оцінювати та порівнювати випадкові процеси генерації, споживання та накопичення енергії, не знаходячи законів їх розподілу. Наведено формули теорії моментів для побудови відновлюючого та прогнозуючого поліному, які дозволяють з похибкою, що не перевищує 23% виконувати прогнозування часового розподілу ентропії Шеннона для потужності споживання. Підвищення точності прогнозування на 11% досягається шляхом врахування фрактальної природи процесу споживання енергії та використання при розрахунках ентропії Реньї. Для прогнозування потужності на виході сонячних батарей запропоновано новий метод об’єднання найближчих сусідів та кластеризації k-середніх, який дозволяє досягти більшої точності порівняно з класичним методом найближчих сусідів, і в середньому на 25% зменшити похибку прогнозування. Запропоновано спосіб керування зарядно-розрядним пристроєм накопичувача на основі використання функції ентропійної дивергенції, який дозволив на 3% підвищити ефективність використання накопичувача за рахунок зменшення тривалостей інтервалів часу, коли накопичувач повністю заряджений та повністю розряджений. У четвертому розділі проаналізовано вплив подвійної структури потоків енергії генерації та споживання на розрахунок ентропійної дивергенції. Показано, що застосування додаткового накопичувача, який забезпечує детерміноване значення енергії споживання, зменшує величину довірчого інтервалу та дозволяє підвищити мінімальну необхідну енергію заряду, що дозволяє обирати меншу ємність основного накопичувача. Врахування статистичної залежності функцій зміни енергії на виході відновлюваного джерела енергії та навантаження вказує на необхідність використання для розрахунку ентропійної дивергенції, замість ентропії Больцмана чи Шеннона, умовної ентропії для поточних розподілів потоків енергії генерації та споживання. Показано, що для забезпечення ефективної роботи накопичувача, в якому ширина зона керованої роботи визначається величиною похибки прогнозування швидкості вітру, необхідно отримувати дані з меншою дискретністю та обирати метод прогнозування швидкості вітру, що забезпечує мінімальну похибку прогнозування. Наведено формули для розрахунку імовірностей перезаряду та надмірного розряду накопичувача з використанням теорії мартингалів, що дозволяють для формування сигналів керування при розрахунку ентропійної дивергенції враховувати ентропії перезаряду та надмірного розряду накопичувача. У п’ятому розділі описано новий спосіб керування зарядно-розрядним пристроєм накопичувача електроенергії у локальній системі електроживлення, заснований на визначенні різниці ентропійних дивергенцій зі сторони джерела та навантаження, що дозволяє зменшити тривалості інтервалів часу, коли накопичувач є некерованим. Сигнал керування ключем, що комутує накопичувач, формується відповідно до алгебраїчної різниці між значеннями ентропійної дивергенції потоку енергії на виході відновлюваного джерела та значеннями ентропійної дивергенції потоку енергії, що споживає навантаження. Якщо значення ентропійної дивергенції джерела перевищує значення ентропійної дивергенції навантаження, накопичувач заряджається, виступаючи в ролі додаткового навантаження. Якщо значення ентропійної дивергенції джерела менше за значення ентропійної дивергенції навантаження, накопичувач розряджається, виступаючи в ролі додаткового джерела. У випадку, коли ключ завжди замкнутий, накопичувач завжди підключений до системи, і працює у буферному режимі, забезпечуючи роботу відновлюваного джерела енергії в режимі відбору максимальної енергії. У випадку, коли ключ завжди розімкнутий, накопичувач відключений від системи. Для реалізації вказаних особливостей керування розроблено програмне забезпечення, що дозволяє реалізовувати прогнозне керування локальною системою електроживлення на основі розрахунку ентропійної дивергенції. Шостий розділ містить інформацію щодо особливостей керування процесами генерації, накопичення та споживання енергії у локальних системах електроживлення. Врахування аналогу принципу невизначеності Гейзенберга, принципу синергетичного розвитку та когнітивності керування вказує на необхідність створення нового найвищого рівня ієрархії керування, який реалізує принцип преемптивного керування, який реалізує випереджуючим чином усунення загрози руйнування системи і локалізацію технічних об’єктів, що породжують загрозу, тобто відбувається перезавантаження системи після деякого часу тривалої роботи, під час якої реалізується прогнозне контекстнозалежне керування системою. Показано, що інтеграція в контекст інформації, що надходить від різнотипних відновлюваних джерел енергії, накопичувачів та споживачів, дозволяє отримати модель поточного стану реальної локальної системи електроживлення, на підставі якої системою керування може бути згенеровано необхідне керуюче рішення для перетворювачів параметрів електричної енергії з множини можливих рішень. У роботі вирішена наукова технічна проблема підвищення ефективності використання енергії у локальних системах електроживлення з установками на основі відновлюваних джерел енергії за рахунок розробки теоретичних засад керування напівпровідниковими перетворювачами, заснованих на аналогові принципу невизначеності Гейзенберга, ентропійному аналізі потоків енергії генерації та споживання з врахуванням їх подвійної структури та фрактальної природи. Уперше розроблено спосіб керування зарядно-розрядним пристроєм накопичувача на основі визначення різниці ентропійних дивергенцій потоків енергії на виході установки на основі відновлюваного джерела енергії та навантаження, що дозволяє зменшити тривалості інтервалів часу, коли накопичувач є некерованим: повністю зарядженим або повністю розрядженим. Результати роботи впроваджено: при вдосконаленні програми прогнозування генерації електричної енергії сонячними фотоелектричними станціями ТОВ «Пролог Соларінвест», ТОВ «Енерджилайн» та ТОВ «Енрегосервісплюс»; для створення методик і рекомендацій щодо підвищення ефективності використання електроенергії в системах з установками на основі відновлюваних джерел енергії громадською організацією «Асоціація науковців України»; в учбовий процес в Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» при викладанні дисциплін «Теорія інформації», «Пристрої перетворювальної техніки», «Електронні системи керування та регулювання».Документ Відкритий доступ Теоретичні основи розрахунків та фізико-технічні засади конструювання електромеханічних приладів акустики пружних середовищ(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Дрозденко, Олександр ІвановичДрозденко О.І. Теоретичні основи розрахунків та фізико-технічні засади конструювання електромеханічних приладів акустики пружних середовищ. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.08 «Прикладна акустика та звукотехніка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2024. Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливої науково-технічної проблеми створення теоретичних основ розрахунків і фізико-технічних засад конструювання електромеханічних приладів акустики пружних середовищ, побудованих на основі багатомодових коливальних систем в частині їх механічної, електричної і теплової міцності з урахуванням появи нових знань щодо взаємодії фізичних полів і процесів при перетворенні та формуванні енергії та умов застосування цих приладів в пружних середовищах. В першому розділі проведений аналіз фізичних проблем обмеження рівня випромінюваної акустичної потужності конструкціями електроакустичних приладів в різних пружних середовищах. Випромінювання акустичної потужності пов'язане із взаємодією трьох фізичних полів – механічного, електричного і акустичного та особливостей рідинного середовища (кавітація), в якому працюють ці прилади. Результатом взаємодій є також поява теплового поля конструкцій електромеханічних приладів. Встановлено, що кожне з цих полів має свої фізичні фактори, які обмежують випромінювання максимальної акустичної потужності. Всі вони пов'язані з характеристиками міцності по кожному з цих полів. При цьому слід прийняти до уваги наступні два моменти. Перший з них пов'язаний з тим, що до останнього часу було майже відсутнє розрахункове забезпечення конструювання електроакустичних приладів особливо для рідин. Другий момент пов'язаний з результатами новітніх досліджень, щодо перетворення та формування полів в пружних середовищах. В п’єзокерамічних приладах особливість перетворення енергії полягає у взаємному зв'язку електричних, механічних і акустичних полів. Особливістю формування полів в пружних середовищах є взаємодія полів, випромінених і розсіяних елементами приладів, обумовлена багатократним перевідбиттям звукових хвиль. Третьою особливістю є взаємодія процесів перетворення та формування енергії. В останній час при визначенні акустичних полів конструкцій електроакустичних приладів стало можливим враховувати акустичну взаємодію полів. Нові знання суттєво змінили уявлення конструкторів електроакустичних приладів про перебіг коливальних процесів в п'єзокерамічних акустичних приладах, про можливості випромінювання максимальних акустичних потужностей в залежності від типу пружного середовища і про пов'язані з ними проблеми міцності конструкцій приладів і дозволили зробити наступні висновки. По-перше, перебіг коливальних процесів та максимальна випромінювана акустична потужність, а відтак, і міцність конструкцій електроакустичних приладів залежить від характеру організації їх електричного збудження. По-друге, можливі три підходи до створення електричного збудження, що забезпечує випромінювання максимальної акустичної потужності при збереженні міцності конструкцій. По-третє, врахування взаємного зв'язку між фізичними полями при перетворенні енергій, акустичного зв'язку між елементами приладів і взаємного впливу процесів перетворення і формування енергії суттєво змінили і ускладнили проблему міцності конструкцій електроакустичних приладів, особливо для рідинних (морських) середовищ. І це ускладнення повинно бути обов'язково враховано при розробці конструкцій приладів. По-четверте, з'явилась необхідність в методичному забезпеченні щодо чисельних розрахунків характеристик всіх задіяних при випромінюванні звуку фізичних полів і зв'язаних з ними міцностей конструкцій з врахуванням всіх видів взаємодій. Розглянута задача про випромінювання звуку довільною системою випромінювачів, утвореною зі скінченної кількості кругових п'єзокерамічних циліндричних випромінювачів з окружною поляризацією. Аналіз результатів показав, що в перспективних конструкціях п’єзокерамічних акустичних приладів механічна і електрична міцності конструкцій повинні бути в кілька разів більшими порівняно з тими випадками, коли не враховують діючі фізичні поля та зв’язок між ними. В розділі 2 проведено аналіз сучасних фізико-технічних проблем конструкторсько-технологічної реалізації електроакустичних приладів з урахуванням перспективних вимог до їх параметрів та умов експлуатації. Для пружних рідинних середовищ визначені основні експлуатаційні навантаження та обґрунтовані підходи до їх вирішення для підводних електроакустичних приладів різного призначення. До них віднесені: зовнішній статичний тиск і конструкторські способи нейтралізації його впливу; довготривала механічна міцність конструкцій електромеханічних приладів і конструкторські рішення щодо її забезпечення; довготривала електрична міцність конструкцій електроакустичних приладів і конструкторські рішення щодо її забезпечення; теплова міцність конструкцій випромінюючих електроакустичних приладів. Наведений аналіз дозволяє створити нові підходи до комплексного спільного розв'язання конструкторсько-технологічної реалізації підводних електроакустичних приладів. Виконано постановку і розв'язок задач пошуку нових підходів до конструювання перспективних електроакустичних приладів різного призначення, які відрізняються між собою діапазонами робочих частот, умовами експлуатації, та як великим різноманіттям гідроакустичних технологій, так і технологічних процесів виготовлення конструкцій приладів. Показано, що жорсткі вимоги до конструкцій підводних електроакустичних приладів, пов'язані з тривалим часом їх роботи в умовах високого зовнішнього тиску, в агресивних середовищах, при дії на них значних електричних напруг, обумовлюють постійний пошук і практичну реалізацію різних фізичних принципів побудови приладів, постійне удосконалення підходів до розробки їх конструкцій з урахуванням постійно зростаючих вимог до умов експлуатації, застосуванням нових конструкційних матеріалів тощо. Третій розділ присвячений забезпеченню механічної міцності конструкцій електромеханічних приладів акустики. В процесі експлуатації конструкції електроакустичних приладів зазнають дію як статичних, так і динамічних навантажень. Для збереження міцності конструкцій приладів необхідно, щоб робочі навантаження, що створюються всіма видами впливу, не перевищували руйнівних значень, та ще й з певним коефіцієнтом запасу на надійність. Запропоновані конструкційні шляхи зменшення статичних механічних напружень шляхом збільшення товщини призм та розміщення між ними вставок із матеріалу з меншим модулем пружності, ніж модуль пружності п'єзокераміки. Встановлено, що це дозволяє збільшити статичну механічну міцність конструкцій орієнтовно в 1,5 рази. Зазначено, що механічні динамічні напруження, які утворюється при роботі конструкцій електромеханічних приладів в режимі випромінювання звуку залежать від характеру режиму випромінювання, конструктивного виконання приладу та його вузла армування, характеру коливань, параметрів коливальної системи та технології складання приладу. Чим більша питома акустична потужність яку випромінює електроакустичний прилад, тим більші динамічні напруження утворюється в його активному елементі. Встановлено, що одним з найефективніших засобів забезпечення тривалої циклічної міцності активних елементів випромінюючих електроакустичних приладів є створення в них попередніх стискуючих напружень – напружень армування. Вибір цих армуючих напружень в залежності від величини амплітуди напружень робочого циклу здійснюється з урахуванням параметрів розподілу меж міцності п'єзоелементів, коефіцієнтів концентрації напружень, конструктивних особливостей активних елементів тощо. Отримано зв'язок між амплітудою напружень робочого циклу і інтервалом значень армуючих напружень у вигляді діаграми граничних циклів навантаження п'єзоелементів. Встановлено, що застосування армуванння в конструкціях п’єзокерамічних приладів акустики дозволяє збільшити їх динамічну механічну міцність не менш ніж (1,8 – 2,2) рази в залежності від типу приладу. Розроблена і наведена на прикладі кругового циліндричного приладу процедура переходу до розрахунків розмірів і натягів зміцнюючих елементів, що їм відповідають, які дозволяють створити в активному елементі армуючі напруження, необхідні для забезпечення потрібної механічної міцності конструкції електроакустичного приладу. В четвертому розділі роботи досліджена електрична міцність конструкцій електромеханічних приладів акустики. Встановлено, що причинами фізичного зменшення електричної міцності конструкцій електроакустичних приладів є: руйнування вузлів ізоляції конструкції під дією часткових електричних розрядів; теплове старіння конструкційних електроізоляційних матеріалів; зниження міцності ізоляції конструкцій з причини зволоження активних елементів. На надійність і довговічність електричної міцності конструкцій випромінюючих електроакустичних приладів, обумовлених дією збуджуючих їх електричних напруг, впливають: амплітуда, частота і тривалість прикладеної збуджуючої напруги; ступінь вологості матеріалів, з яких утворена конструкція; температура оточуючого середовища і ступінь власного розігріву елементів конструкції, які спроможні визвати зміни параметрів, механічне руйнування і теплову деструкцію електроізоляційних матеріалів. Визначено аналітичні співвідношення, пов'язані з наведеними складовими і характеристиками електроізоляційних матеріалів, взявши за основу залежності опору ізоляції від концентрації парів рідини, відносної вологості, та температури. Встановлено зв’язок між електричною міцністю та герметизацією конструкцій, тим більше для приладів, що працюють в рідинних середовищах, які звичайно є електропровідними. Крім того, електроакустичні прилади є механічними коливальними системами, застосування в конструкціях яких полімерних матеріалів забезпечує необхідну свободу здійснення коливальних процесів. Але наявність таких матеріалів в конструкціях електроакустичних приладів завжди обумовлює появу дифузії молекул рідини робочого середовища у внутрішні об’єми цих конструкцій. Розроблена методика розрахунку часу ефективної роботи електроакустичного приладу при наявності в ньому полімерних матеріалів. Встановлено, що час ефективної роботи приладу залежить від величини та направленості дифузійного потоку через герметизуючу оболонку, вологоємності внутрішнього об’єму та вологостійкості активного елемента. Такі методики розроблені для кількох поширених типів конструкцій електроакустичних приладів. Розроблені та апробовані методи розрахунків концентрації парів рідини в конструкціях електроакустичних приладів різних типів: силових, розвантажених та компенсованих. Встановлено, що основою всіх цих розрахунків є знання кількісних значень характеристик вологості конструкційних матеріалів – коефіцієнтів дифузії, проникливості та поглинання. Для деяких конструкційних матеріалів визначені конкретні чисельні дані. В розділі 5 викладені результати досліджень методів розрахунків теплової міцності конструкцій електромеханічних приладів акустики. Особливістю роботи п’єзокерамічних приладів є нагрівання їх конструкцій внаслідок виділення тепла в активних елементах, виготовлених з п’єзокераміки. Запропоновано методику аналізу теплових полів перетворювачів, яка полягає в аналітичному розрахунку теплових полів шляхом розв’язання диференціального рівняння теплопровідності Фур’є та комп’ютерному моделюванні методом скінчених елементів теплового режиму роботи приладів з визначенням найбільш небезпечних ділянок в їх конструкції. Проаналізовані теплові поля ряду конструкцій електроакустичних приладів – стержневих та циліндричних. Для типових конструкцій цих перетворювачів встановлені залежності температурного розподілу в стаціонарному режимі, визначений час розігріву до максимальної температури та встановлені найбільш проблемні ділянки таких конструкцій. За запропонованою методикою проведені дослідження теплових режимів роботи для деяких конструкцій циліндричних та стержневих конструкцій приладів. Для підтвердження результатів аналітичного розрахунку були проведені експериментальні дослідження працюючого електроакустичного приладу стержневої конструкції. Проаналізована існуюча практика конструювання електроакустичних приладів в частині збільшення їх теплової міцності. Розглянуті пасивні і активні методи охолодження конструкцій приладів і можливості їх практичної реалізації в цих конструкціях. Серед них: використання різних типів радіаторів; зміна форми випромінюючої або тильної накладок стержневих конструкцій приладів, що підвищує ефективність охолодження на 15-25%; введення теплорозсіюючих шарів металевих вставок; введення між накладками і п’єзокерамікою деполяризованих п’єзокерамічних елементів; заповнення корпусів конструкцій газом, рідиною, або заливним матеріалом, термопастою. Це дозволяє збільшити теплопровідність конструкції. В результаті дослідження створена і запропонована діаграма ефективності застосування пасивних методів охолодження конструкцій електроакустичних приладів. Це дозволяє зменшити температуру розігріву конструкцій в 1,5 – 2 рази і збільшити час їх розігріву. Таким чином, в дисертаційній роботі проведено аналіз нових знань в технічній акустиці, в частині зв'язку фізичних полів різної природи при перетворенні енергії в п’єзокерамічних середовищах, взаємодії акустичних полів при їх формуванні в оточуючих пружних середовищах і взаємного зв'язку процесів перетворення і формування енергії та їх впливу на процес конструювання ЕМПА на основі багатомодових коливальних систем. Проаналізовано експлуатаційні навантаження електромеханічних приладів акустики з урахуванням наслідків дії пружних середовищ та взаємодії полів і процесів, що призводить до появи багатомодовості ЕМПА та розроблено фізикотехнічні заходи щодо їх врахування в процесі конструювання. Розроблені теоретичні основи та методи розрахунків механічної, електричної та теплової міцності конструкцій випромінюючих п'єзокерамічних приладів різних типів на основі багатомодових коливальних систем.Документ Відкритий доступ Розроблення способів отримання різних субстанцій із молозива та дослідження їхньої біологічної активності(2025) Іванов, Євген ГеннадійовичІванов Є.Г. Розроблення способів отримання різних субстанцій із молозива та дослідження їхньої біологічної активності – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.20 – Біотехнологія. – Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, 2025. Дисертацію присвячено розробці технології одержання та стандартизації різноманітних біологічно активних субстанцій із молозива, вивченню біологічних властивостей цих субстанцій. А саме дослідженню механізмів дії низькомолекулярних компонентів молозива на організм, та можливості їхнього використання як продуктів функціонального харчування, що сприяють усуненню токсичної дії іонів міді та покращують здатність тварин виконувати фізичні навантаження; дослідженню гепатотропної дії низькомолекулярних компонентів молозива на моделі фіброзу печінки; можливості використання отриманих комплексів міцел казеїну з поліфенольними сполуками у якості продуктів функціонального харчування. Молозиво отримували завжди в одному фермерському господарстві - "Альфа", що розташоване у с. Одноробівка, Золочівського району, Харківської області України, у корів породи "Українська чорно-ряба" у весняно-літній період, у яких не зафіксовано патологій, та після першого і другого надою. Після отримання молозиво охолоджували та доставляли в лабораторію, де воно охолоджувалося до - 15 °C та зберігалося не більше місяця. Розробили технологію яка дозволяла отримувати ліпідну фракцію, фракцію казеїну, яку висушували та зберігали за температури 4°С. Фракцію низькомолекулярних компонентів молозива та "ультрафільтрату", які висушували в ротаційному випаровувачі й так само зберігали в сухому вигляді. Перед використанням готували водні розчини відповідних субстанцій молозива. Харчову добавку "Мікс-фактор" одержували з клітинних культур Sacharomyces cerevisue та Pleurotus osteatus згідно з технічними умовами (www.miks.org/engine.com/engine.ua), який являє собою низькомолекулярні компоненти екзометаболітів цих культур та використовувався як аналог низькомолекулярних компонентів молозива при перевірці гіпотези про неспецифічну дію низькомолекулярних компонентів з різних біологічних джерел. Поліфенольні сполуки виділяли зі шроту соняшникового, як розроблено у нашій лабораторії [Bozhkov et al., 2024]. Дослідження біологічних властивостей отриманих субстанцій молозива були проведені на самцях щурів лінії Wistar, молодих 3 місячного і старих 20 місячного віку, а в спеціальних експериментах із дослідження "Мікс-фактору" дуже старих щурів - 22 і 33 місяців. Тварин утримували в стандартних умовах віварію з дотриманням загальних біоетичних принципів проведення експериментів на тваринах відповідно до "Загальних принципів роботи на тваринах", затверджених I Національним конгресом з біоетики [Київ, Україна, 2001] та узгоджених із положеннями "Європейської конвенції про захист хребетних тварин, які використовуються в експериментальних та інших наукових цілях" [Страсбург, Франція, 1985] та після схвалення біоетичним комітетом Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна. Дослідження на клітинному рівні проводили на первинних культурах клітин кісткового мозку щурів. При розробці методів біотестування компонентів молозива використовували культури мікроводоростей Dunaliella viridis. Оцінку антибактеріальної активності проводили за стандартними мікробіологічними методами на культурах Staphylococcus aureus 124 і Pseudomonas aeruginosa 18 [Bozhkov et al., 2024]. У роботі використовували фізіологічні методи дослідження: визначення динаміки маси тіла; температури тіла; здатності тварин виконувати роботу в тестах плавання з вантажем і час бігу в тредбані; поведінки тварин; динаміки маси внутрішніх організмів і деяких їхніх анатомічних особливостей (наявність сполучнотканинних спайок). Гістологічні зміни в тканині печінки. Під час аналізу складу білків молозива та його фракцій використовували метод масспектроскопії, а під час визначення кількості кальцію та ROS у клітинах кісткового мозку використовували конфокальну мікроскопію (мікроскоп конфокальний Olympus FV10i). Аналіз кількості іонів міді в досліджуваних зразках проводили за допомогою атомно-абсорбційної спектрометрії з електротермічною атомізацією на спектрофотометрі КАС-120 типу С-115-МІ. У роботі використовували різні біохімічні методи дослідження: визначення кількості білка, вуглеводів, нуклеїнових кислот, гідропероксидів ліпідів, тригліцеридів, холестерину та інші показники, активність ряду антиоксидантних ферментів. Статистичний аналіз результатів дослідження проводили з використанням t-критерію Стьюдента і критерію ANOVA (для непараметричних даних). Вірогідною вважали різницю при р≥0,95 (рівень значимості Р≤0,05). Показано високу варіабельність білкового складу молозива та запропоновано "селективно-інтегративну" технологію під час отримання базових субстанцій молозива (ліпіди, казеїн, низькомолекулярні компоненти молозива та "ультрафільтрата"), що дає змогу зменшити природну варіабельність складу субстанцій молозива, що є важливим за їхнього практичного використання. Розроблена технологія дозволяє часткову забезпечити стандартизацію отриманих компонентів молозива Результати роботи розширюють наші знання про механізми дії багатокомпонентних субстанцій на біологічні системи, які перебувають у різних функціональних станах (вікові особливості, токсикози, фібрози), і на прикладі низькомолекулярних компонентів молозива показано їхню поліфункціональність дії. Встановлено, що низькомолекулярні компоненти молозива здатні виконувати як специфічну, так і неспецифічну - горметичну дію на біологічні системи та це залежить від функціонального стану організму під час дії цих субстанцій. Встановлено відсутність токсичної дії низькомолекулярних компонентів молозива і лише за супервеликих доз (1-5 г/100г маси) має місце індивідуальна непереносимість, що проявляється в порушенні функції травлення. У роботі доведено, що низькомолекулярні компоненти молозива можуть проявляти властивості як прооксидантів, так і антиоксидантів і це залежить від їх дози. Важливо підкреслити, що в малих дозах (0,01-0,1 г/100 г маса тіла) низькомолекулярні компоненти молозива можуть виконувати функції антиоксидантів, а у великих дозах(1-3 г/100 г) прооксидантів. Такі здібності можуть пояснювати специфічність дії на патологічні стани організму і відсутність їх дії на організм якій перебував у тривалому гомеостатичному стані. Доведено, що механізм дії низькомолекулярних компонентів молозива реалізується шляхом корекції характеристик редокс-системи та запуску ієрархічної системи, регуляції на рівні функції печінки та кісткового мозку, а можливо й інших функціональних систем організму. Така системна регуляція метаболізму забезпечує поліфункціональну дію низькомолекулярних компонентів молозива. Доведено, що спрямованість дії компонентів молозива залежить не тільки від дози, а й від функціональних характеристик біологічної системи на момент дії біологічно активних компонентів молозива. Розроблено модель Сu-індукованого фіброзу печінки та доведено, що іони міді після багаторазових послідовних введень у організм, у дозі близько 30% від летальної, так само як і відома модель тетрахлорметану, спричиняють прояв окисного стресу, що й запускає розвиток фіброзу. Довели роль низькомолекулярних компонентів молозива в регуляції якісних і кількісних характеристик клітин кісткового мозку на моделі Сu-індукованого фіброзу печінки, що забезпечує корекцію функціональної активності клітинної ланки імунної системи при фіброзі печінки. Виявили взаємозв'язок між показниками редокс-системи, клітинної ланки імунітету та такими фізіологічними показниками, як відновлення росту маси тіла, температури тіла та працездатності у тварин з Сu-індукованого фіброзу печінки якій має місце у випадку дії низькомолекулярних компонентів молозива. Встановлено, що низькомолекулярні компоненти з інших біологічних джерел (Pleurotus ostreatus та Sacharomyces cerevisue), харчова добавка "Міксфактор", виявляли схожі з низькомолекулярними компонентами молозива ефекти на показники редокс-системи та фізіологічні показники тварин із фіброзом печінки, що підтверджує гіпотезу і про неспецифічний, горметичний механізм дії таких різних за природою низькомолекулярних компонентів біологічного походження. Виявили, що щоденне вживання "Мікс-фактора" з питною водою в малих дозах (0,05-0,06 мл/100 г маси тіла) на пізніх етапах онтогенезу щурів починаючи із 22 та навіть із 31 місячного віку, дещо зміщує криву природної смертності праворуч, а за вживання з 31 місячного віку збільшувало максимальну тривалість життя. Поряд з цим, встановлено, що "Мікс-фактора" покращує здатність старих тварин виконувати фізичні навантаження. Обґрунтували доцільність використання електропровідності молозива та його окремих фракцій (незбиране, знежирене молозиво, низькомолекулярні компоненти молозива) під час оцінки їхніх інтегративних характеристик, що дозволило запропонувати новий метод контролю при отриманні біологічно активних субстанцій з молозива і інших біологічних об'єктів. Розробили метод отримання поліфенольних сполук, збагачених хлорогеновою кислотою, та їх включення до складу казеїнових міцел молозива і показали, що у таких комплексах має місце перебудова білкової частини міцел казеїну. Довели перспективність використання цих комплексів у функціональному харчуванні.Документ Відкритий доступ Інструментарій освоєння підземного простору мегаполісів на основі модифікованого методу морфологічного аналізу(2024) Савченко, Ілля ОлександровичСавченко І.О. Інструментарій освоєння підземного простору мегаполісів на основі модифікованого методу морфологічного аналізу. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.04 «Системний аналіз і теорія оптимальних рішень». – Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Київ, 2024. Проблема освоєння міського підземного простору і розвитку підземного будівництва є актуальною глобально – все більше країн світу стикаються з неможливістю подальшого розвитку міст «вшир» і «вгору», і звертаються до можливостей, які надає підземний простір. Підземне будівництво забезпечує зменшення рівня шкідливих викидів, сприяє покращенню екологічної ситуації, підвищенню якості та безпеки життя людини, дозволяє захистити критичну інфраструктуру. Підземні споруди можуть виконувати подвійну функцію як укриття. В роботі розглядається наукова проблема створення системної методології, що формує комплексне бачення підземного будівництва з урахуванням невизначеностей і багатофакторних ризиків. Метою роботи є створення інструментарію планування і прийняття рішень в процесах освоєння підземного простору мегаполісів на основі модифікованого методу морфологічного аналізу (МММА). Для цього розроблено системний підхід, в рамках якого розширено, вдосконалено, масштабовано інструментарій системного аналізу, розроблено моделі для розв’язання практичних задач освоєння підземного простору великих міст. Ці моделі були застосовані для дослідження ряду практичних проблем українських міст, пов’язаних із плануванням підземного будівництва. Оскільки задача освоєння підземного простору мегаполісів є складно формалізовною, тобто інформації щодо об’єктів дослідження притаманний ряд характеристик (неточність, неповнота, протирічність, нечіткість, недостовірність тощо), які унеможливлюють їх аналіз методами традиційними дослідження операцій, природа цих недосконалостей була проаналізована, і були запропоновані прийоми, процедури, алгоритми визначення проявів впливу цих факторів для задач, що розв’язуються за допомогою МММА, а також нові способи і модифікації методу, що дозволяють зменшувати наслідки цих невизначеностей, і отримувати адекватні результати навіть в умовах недосконалих вхідних даних. На основі вдосконалення математичного апарату МММА були створені процедури оцінювання чутливості моделі, тобто визначення допустимих змін вхідних даних, що не призводять до зміни результату. Таким чином створено механізм протидії неточності вхідних даних за рахунок перевірки можливості впливу похибки на результат, і визначення найбільш критичних елементів вхідних даних, на які слід звернути особливу увагу. Розроблено прийоми використання МММА в умовах неповноти вхідних даних. Розроблено процедуру виявлення протирічності вхідних даних. Розроблено нечітку модифікацію методу морфологічного аналізу, в якій на основі використання нечітких попередніх оцінок альтернатив розраховуються нечіткі оцінки з урахуванням взаємозв’язків між параметрами. Запропоновано процедуру аналізу упередженості моделі для оцінювання можливої її недостовірності. Задача освоєння підземного простору мегаполісів супроводжується швидкою генерацією надвеликих масивів даних і знань, обробка яких виходить за межі можливостей людини, тому були розроблені спеціальні інструменти для інтеграції МММА у процес передбачення, які використовують результати обробки великих масивів даних: розроблено інтерактивні людино-машинні процедури напівавтоматизованого видобування морфологічних таблиць із семантичних мереж для трьох типів морфологічного опису – опис об’єкту, опис стану об’єкту, опис дії або події; а також розроблено процедури оцінювання вхідних даних в МММА на основі використання результатів текстової аналітики великих корпусів неструктурованої інформації. З метою масштабування МММА для складних системних задач, в яких взаємодіє значна кількість сутностей, було узагальнено звичайну двоетапну процедуру методу, і на її основі розроблено методику побудови, оцінювання і використання мереж морфологічних таблиць у трьох режимах: оцінювання підготовленості – базова оцінка рішень, що адресують деяку задачу або проблему, для надання підтримки прийняття рішень щодо результативності відповідних заходів; моніторинг – використання МММА у поєднанні з розробленим автоматизованим оцінюванням на основі текстової аналітики для завчасного виявлення потенційно небажаних подій; реакція – розв’язання задачі з фіксованим параметром у випадку, коли небажана подія вже відбулась, і необхідно оперативно прийняти рішення для пом’якшення наслідків. Розроблений апарат було продемонстровано на прикладі задачі моделювання і пом’якшення наслідків соціальних лих, викликаних катастрофами і тероризмом. Розроблено програмне забезпечення на базі SAS Studio з користувацькими модулями мовою C#, які відповідають базовим крокам МММА: конструювання морфологічних таблиць; оцінювання морфологічних таблиць; оцінювання матриць взаємозв’язків і зв’язків; розрахунок оцінок альтернатив параметрів для одноетапної та двохетапної процедур морфологічного аналізу; виведення і візуалізація результатів. Формат розробленого програмного забезпечення дозволяє компонувати модулі у різних конфігураціях для розв’язання задач різної природи і складності. Розроблено стратегію використання різних процедур МММА в процесі сценарного аналізу, що деталізує способи і рамки застосування розроблених елементів методу в залежності від поставлених задач, характеристик вхідних даних. В рамках створення інструментів розв’язання реальних задач освоєння підземного простору, і випробування їх на практиці, було побудовано ряд моделей з використанням розроблених вдосконалень МММА. Була створена модель для порівняння ділянок потенційного підземного будівництва на передпроєктній стадії на основі аналізу інженерно-геологічних факторів, пов’язаних із ділянкою. Модель використовує двоетапний МММА, де на першому етапі розглядаються 10 інженерно-геологічних параметрів, а на другому визначаються оцінки 6 параметрів, що описують рішення, в тому числі доцільність чи недоцільність будівництва, доцільні масштаби і рівень забудови, ризики, пов’язані з будівництвом, і їх характеристики. Модель була випробувана на 4 реальних ділянках м. Києва. Проаналізовано перспективи будівництва на кожній із ділянок з урахуванням отриманих результатів. Проведений аналіз упередженості моделі і процедура виявлення протиріч для підвищення довіри до результатів. Були створені моделі для оцінювання пріоритетності побудови підземних споруд конкретного призначення, зокрема, паркінгів і автомобільних тунелів із залученням мережі морфологічних таблиць, в яких присутні як інженерногеологічні фактори із базової задачі, так і структурно-функціональні фактори, що характеризують ділянку з точки зору потреби у відповідному типі підземної споруди. Для оцінювання автомобільних тунелів була створена також гібридна модель, що поєднує елементи МММА і методу аналізу ієрархій для формування ранжувань за альтернативною процедурою. Модель оцінювання пріоритетності будівництва паркінгів використана для двох реальних ділянок м. Києва. Сформульовано висновки щодо переваги однієї з ділянок над іншою. Модель оцінювання впливів будівництва автомобільних тунелів на фактори ризику була використана для аналізу тунелів, будівництво яких передбачене Генеральним планом м. Києва. Задача розглядалась з використанням більш простої моделі для порівняння двох тунелів, і з використанням розширеної моделі, що враховує також безпекові фактори, для всіх восьми запланованих тунелів. На основі отриманих результатів обґрунтовано пріоритетність будівництва певних тунелів порівняно з іншими. Комбінована модель на основі МММА і методу аналізу ієрархій підтвердила результати, отримані з використанням МММА окремо, і також продемонструвала гнучкість використання при експертному підході до оцінювання критеріїв відповідно до пріоритетів ОПР. Модель оцінювання структурно-функціональних факторів було адаптовано до задачі порівняння двох альтернативних ділянок потенційного будівництва Одеського метрополітену, з точки зору їх впливу на ряд факторів – вирішення транспортних проблем, сприяння розвитку міста і туристично-рекреаційному потенціалу, забезпечення цивільного захисту, тощо. На основі цієї моделі отримані результати, що дозволяють порівняти альтернативні проєкти за їх впливом на різні сфери міського життя. Для цієї задачі також було проведено аналіз чутливості, який показав, що результати розв’язання є достатньо стійкими і слабко залежать від зміни окремих оцінок вхідних даних. Розроблено прототип моделі на основі двоетапного МММА для порівняння урбаністичних об’єктів з точки зору їх протидії небажаним подіям. В моделі аналізуються характеристики небажаної події, і наслідки, які така подія може викликати для заданого типу урбаністичних об’єктів. Ця морфологічна модель була застосована для порівняння системи каналізаційних труб, що проходять по дну р. Дніпро, і підземного дюкера, що використовується з тією ж метою. Результати аналізу показали суттєву перевагу підземного дюкера, що дозволяє рекомендувати його в якості пріоритетного проєкту. Також ця модель була використана для порівняння мостового і тунельного переходів р. Дніпро, також підтверджуючи перевагу підземного будівництва з точки зору протидії несприятливим факторам. Для обох задач аналіз проводився як для множини несприятливих подій, так і для конкретних сценаріїв небажаних подій. Як узагальнення розглянутих окремих задач, була запропонована мережа морфологічних таблиць оцінювання потенціалу території підземного будівництва, яка синтезує функціонально-планувальну організацію міського простору та інженерно-геологічні фактори геологічного середовища для територій, що розглядаються. Розроблений інструментарій може бути використаний для розв’язання практичних задач, пов’язаних із освоєнням підземного простору великих міст, застосований для порівняння будь-яких інших об’єктів інфраструктури і формування основ системної стратегії розвитку міського підземного простору з метою мінімізації військових, техногенних і природних загроз. Практичне значення одержаних результатів полягає у створенні системної методології освоєння підземного простору мегаполісів у вигляді інструментарію модифікованого методу морфологічного аналізу, який може використовуватись для широкого спектру задач планування підземного будівництва, включаючи аналіз доцільності будівництва з урахуванням інженерно-геологічних, структурно-функціональних, безпекових факторів, відбору критичних технологій, ранжування множини проєктів або альтернативних проєктних конфігурацій, оцінювання наслідків впливу можливих небажаних подій з урахуванням різних сценаріїв їх появи, тощо. Це дає в руки муніципалітетів, міських державних адміністрацій, інвестиційних груп і суспільних організацій, які опікуються розвитком міст, ефективний інструмент управління ризиками та інвестиціями при освоєнні підземного простору мегаполісів.Документ Відкритий доступ Екологізація процесів зворотного осмосу(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Тивоненко, Артем Вікторович; Мітченко, Тетяна ЄвгенівнаТивоненко А.В. Екологізація процесів зворотного осмосу. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 161 «Хімічні технології та інженерія». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, Київ, 2024. Дисертаційна робота присвячена вирішенню екологічних проблем зменшення кількості відходів, що утворюються в результаті використання комерційних зворотноосмотичних мембранних елементів, а також надання фізіологічної повноцінності питній воді, що була одержана після проходження через такі елементи. Метою роботи є дослідження процесів регенерації відпрацьованих комерційних зворотноосмотичних мембранних елементів та їх модифікації для надання заданої селективності для подальшого використання в установках виробництва безпечної фізіологічно повноцінної питної води. В першому розділі роботи розглянуто екологічні проблеми, що виникають при використанні методу зворотного осмосу, а саме утворення пластикових відходів та одержання очищеної води, що не відповідає вимогам до фізіологічної повноцінності. Показано, що шляхом до вирішення цих проблем може бути використання регенерованих та хімічно модифікованих зворотноосмотичних елементів. При аналізі літературних джерел встановлено, що на сьогодні термін експлуатації комерційних мембранних елементів складає 6-12 місяців, після чого вони перетворюються на пластикові відходи та направляються на сміттєзвалища. Наведено інформацію щодо кількості таких відходів та темпів її щорічного зростання. Основна увага приділена причинам утворення відходів та методам подовження життєвого циклу мембранних елементів. Встановлено, що для вирішення даної проблеми, одним з найефективніших рішень є повторне використання відпрацьованих мембранних елементів, що були відрегенеровані та/або модифіковані шляхом обробки розчином активного хлору для зменшення їх селективності. Питна вода, одержана в результаті використання зворотноосмотичного методу, є абсолютно безпечною, проте не відповідає вимогам до фізіологічної повноцінності, а саме: солевміст має бути не меншим за 100 мг/дм3 , загальна жорсткість - не менше 1 ммоль/дм3 . Досягнення цих показників зазвичай здійнюється на окремій стадії шляхом домінералізації зворотноосмотичної води різними методами, що мають певні недоліки. Показано, що раціональним рішенням може бути використання одноступеневої мембранної системи з зворотноосмотичними елементами із заданою селективністю для виробництва питної води, яка б відповідала всім нормативним вимогам, як щодо безпеки, так і щодо фізіологічної повноцінності. В другому розділі дисертаційної роботи наведена інформація щодо об’єктів досліджень, а саме нових та відпрацьованих зворотноосмотичних елементах комерційного ряду. Наведено методику визначення стартових характеристик зворотноосмотичних мембранних елементів. Представлено обраний режим регенерації відпрацьованих зворотноосмотичних мембранних елементів шляхом послідовної обробки лужним, кислотним та окисним реагентами. Описані методики проведення процесу модифікації зворотноосмотичних мембранних елементів та визначення змін їх робочих характеристик під дією різних факторів, а саме солевмісту вихідної води, температури та робочого тиску. Для оцінки змін властивостей поверхні мембранного полотна в результаті модифікації були використані методи інфрачервоної спектроскопії, скануючої електронної мікроскопії, оцінки гідрофільності шляхом вимірювання контактного кута змочування, вимірювання дзета-потенціалу та визначення розміру пор мембрани. Наведено умови проведення пілотних випробувань процесу очищення водопровідної води м. Києва на комерційній установці зворотного осмосу з використанням нового, регенерованого, нового модифікованого та регенерованого модифікованого мембранних елементів. В третьому розділі наведені результати експериментальних досліджень процесу регенерації відпрацьованих мембранних елементів, а також процесу модифікації нових та регенерованих зворотноосмотичних мембранних елементів. В розділі 3.1 доведена ефективність обраного режиму проведення процесу регенерації за допомогою фотографій, мікрофотографій, ІЧ-спектрів та визначення хімічного складу фоулінгу на поверхні відпрацьованих та регенерованих мембранних елементів. Встановлені граничні вимоги до ступеню забруднення відпрацьованих зворотноосмотичних мембранних елементів, за яких при проведенні регенерації здійснимо відновлення їх властивостей у повній мірі. Результати пілотних випробувань процесу очищення водопровідної води з використанням регенерованого та нового мембранних елементів виявились повністю співпадаючими. В розділі 3.2 наведено порівняння різних режимів процесу модифікації зворотноосмотичних мембранних елементів та встановлено раціональні умови його проведення. Для одержання елементів з різною селективністю використовували режими з однаковим часом експозиції та різною концентрацією активного хлору. Встановлено, що обрані режими є актуальними як для нових, так і для регенерованих мембранних елементів. Встановлені вимоги до заданої селективності мембранних елементів для одержання фізіологічно повноцінної води в залежності від солевмісту вихідної води. Так, для київської водопровідної води з середнім солевмістом 300 мг/дм3 селективність модифікованих мембранних елементів не повинна перевищувати 60 %. Досліджено вплив основних робочих параметрів (солевмісту, температури та тиску) на характеристики модифікованих мембранних елементів. Встановлено, що зі зростанням солевмісту вихідної води зменшується селективність та продуктивність модифікованих мембранних елементів. Зі зменшенням температури зростає селективність мембранних елементів та відбувається зниження їх продуктивності. Зі зростанням тиску збільшується продуктивність та селективність модифікованих мембранних елементів. Результати вивчення впливу процесу модифікації на властивості поверхні поліамідного мембранного полотна довели, що поверхня стає більш гладкою та гідрофільною, а також негативно зарядженою, розмір пор зростає з 4,04 до 4,50 A. Доведено, що зміна фізико-хімічних властивостей поверхні модифікованої мембрани призводить до зменшення утворення фоулінгу на її поверхні в процесі очищення води. В четвертому розділі проаналізовано екологічні наслідки та оцінено економічну доцільність проведення процесу регенерації відпрацьованих комерційних зворотноосмотичних елементів. Розраховано за методикою витрат матеріалів на одиницю продукції та коефіцієнтів інтенсивності маси, що проведення процесу регенерації, а внаслідок цього подовження життєвого циклу комерційних мембранних елементів, може призвести не лише до зменшення кількості пластикових відходів, а і до зменшення кількості матеріалів, що не вилучаються та не забруднюють навколишнє середовище. Розрахована вартість регенерованих мембранних елементів та продемонстрована можливість значної економії при їх використанні замість нових. Наукова новизна роботи полягає в наступному: - Встановлені граничні вимоги до ступеню забруднення відпрацьованих зворотноосмотичних мембранних елементів комерційного ряду, за дотримування яких при проведенні регенерації здійснимо практично повне відновлення їх властивостей. - Вперше встановлено факт та характер зміни структурних, хімічних та фізико-хімічних властивостей поліамідного мембранного полотна під впливом модифікуючих агентів, що приводить до зниження схильності мембранних елементів до утворення фоулінгу в процесі очищення води. Практична значимість роботи полягає в тому, що отримані експериментальні результати досліджень можуть бути використані при реалізації процесів регенерації відпрацьованих зворотноосмотичних елементів та їх модифікації для використання в комерційних установках отримання абсолютно безпечної фізіологічно повноцінної води. Розроблені методики використані для впровадження лабораторної роботи «Визначення показників якості мембранних елементів» з дисципліни «Сучасні методи водопідготовки та водоочищення» для освітньо-професійної програми другого (магістерського) рівня професійного спрямування за спеціальністю 161 «Хімічні технології та інженерія», що підтверджено актом впровадження в навчальний процес. Результати досліджень мають перспективи застосування у виробничих процесах для здійснення вхідного контролю якості відпрацьованих, регенерованих та модифікованих зворотноосмотичних мембранних елементів комерційного ряду та процесів їх регенерації та модифікування, що підтверджено актом впровадження ТОВ «НВО «Екософт».Документ Відкритий доступ Нанокомпозити на основі галуазитних нанотрубок для фотозахисту та пролонгованого вивільнення активних фармацевтичних інгредієнтів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Мельник, Андрій Сергійович; Чигиринець, Олена ЕдуардівнаМельник А. С. Нанокомпозити на основі галуазитних нанотрубок для фотозахисту та пролонгованого вивільнення активних фармацевтичних інгредієнтів. – Кваліфікаційна праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 161 хімічні технології та інженерія. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, Київ, 2024. Дисертаційна робота присвячена розробці інноваційних нанокомпозитів на основі галуазитних нанотрубок (ГНТ) для захисту фоточутливих активних фармацевтичних інгредієнтів (АФІ) та створення систем пролонгованого вивільнення. Вказана проблема є особливо актуальною для фармацевтичної галузі, оскільки багато ефективних АФІ, таких як α-ліпоєва кислота (АЛК) та моксифлоксацин гідрохлорид (МФ), мають низьку стабільність при впливі світла, температури та інших агресивних факторів довкілля. Використання нанокомпозитів на основі інкапсульованих в ГНТ активних фармацевтичних інгредієнтів (ГНТ/АФІ) як наноносіїв відкриває нові можливості для захисту АФІ, підвищення їхньої стабільності та створення таблеткових форм із контрольованим вивільненням. У рамках роботи вирішено низку завдань, включаючи розробку методики інкапсуляції АФІ у ГНТ, дослідження стабільності інкапсульованих АФІ в умовах термодеструкції та фотодеградації за впливу ультрафіолетового УФ/видимого світла, розробку таблеткової форми на основі досліджуваних нанокомпозитів та аналіз кінетики вивільнення АФІ з нанокомпозитів, в тому числі у складі таблетованих форм, у модельних середовищах із різним рН. Методика інкапсуляції АФІ у ГНТ реалізована через вакуумний спосіб завантаження, який дозволяє заповнити внутрішні канали нанотрубок розчином АФІ. Цей процес забезпечує рівномірний розподіл активної речовини в нанотрубках та формування стабільного нанокомпозиту. Підтвердження наявності АФІ в нанотрубках галуазиту здійснено трансмісійною мікроскопією нанокомпозиту. Для проведення комплексного дослідження АЛК та МФ та готових лікарських таблетованих форм на їх основі застосовано низку сучасних методів, які забезпечують високий рівень точності та відтворюваності отриманих результатів. Основним підходом для ідентифікації АЛК та МФ та контролю концентрації і концентраційних змін було використано високоефективну рідинну хроматографію (ВЕРХ), методичні підходи якої включали підбір ефективного фільтру та модельних розчинів хроматографічного аналізу. Цей метод дозволив визначати кількісні показники концентрації АФІ з високим рівнем достовірності для подальшого аналізу фізико-хімічних властивостей і стабільності досліджуваних речовин під впливом опромінення в УФ / видимому діапазонах та підвищеної температури. Стабільність АФІ досліджувалася в умовах впливу випромінювання в УФ/видимому діапазонах та температурного стресу. Тестування фотостабільності проводилося двома шляхами опроміненням в УФ променях та опроміненням при поетапному впливі променів в УФ- та видимому діапазонах. Ідентично опромінювали як водні суспензії інкапсульованих в галуазиті АФІ , так і таблетовані форми на основі ГНТ /АФІ у стандартизованих умовах. Це дозволило визначити ступінь їх стійкості до світлового впливу відповідно до міжнародних стандартів. Термостабільність оцінювалася шляхом витримування зразків за підвищеної температури (60оС) протягом 24 годин, що дозволило встановити рівень термодеструкції АФІ і їхню здатність зберігати свою ефективну концентрацію у несприятливих умовах. Для створення композиції таблетованої форми було визначено фізикомеханічні параметри плинності галуазиту у порівнянні з мікрокристалічною целюлозою, як основним компонентом, що використовується при формуванні таблетованих форм ліків. Було проведено вимірювання кута природного скосу, густини після усадки та об’ємної густини порошків галуазиту та мікрокристалічної целюлози, що використовувалися для формування таблеток. Встановлено, що галуазит не поступається мікрокристалічній целюлозі за параметрами плинності. Це свідчить про придатність галуазиту щодо використання у композиціях таблетованих форм ліків. З урахуванням вимог до таблетованих форм у фармацевтичній промисловості розроблено композиційний склад таблеток на основі ГНТ/АФІ. До складу таблеток входили нанокомпозит ГНТ /АФІ (45%), мікрокристалічна целюлоза (50%), стеарат магнію (2%), кроскармелоза (2%) та колоїдний кремнезем (1%). Для оцінки морфології внутрішньої структури нанокомпозитів ГНТ/АФІ у складі таблеток застосовували метод сканувальної електронної мікроскопії (СЕМ). Встановлено, що ГНТ з інкапсульованими АФІ рівномірно розподілені по об’єму та не є зруйнованими після формування таблеток за розробленою технологією. Фізико-механічні властивості розробленого складу таблеток, створених на основі нанокомпозитів галуазиту, вивчали за допомогою серії тестів. Визначали схильність таблеток до розпаду, їхню міцність, крихкість і стиранність, що є критично важливими параметрами для забезпечення відповідності фармакопейним стандартам. Встановлено повну відповідність фізико-механічних властивостей розроблених композитних таблеток вимогам фармацевтичної промисловості. Кінетика вивільнення/розчинення АФІ з таблеток досліджувалася у різних модельних середовищах, що імітують рН розчинів шлунково-кишкового тракту людини. Цей підхід дозволив визначити швидкість і ступінь вивільнення АФІ в залежності від рН розчинів шлунково-кишкового тракту. Дослідження показали, що інкапсульовані у ГНТ АФІ демонструють значно вищу фотостабільність порівняно з нативним станом цих речовин. Зокрема, встановлено, що під впливом УФ-опромінення інкапсульовані АЛК та МФ зберігають близько 84–98% своєї ефективної концентрації, тоді як у нативному стані після деградації їх залишкова концентрація досягає 70–80%. Механізм збільшення фотостійкості АФІ пов'язаний із бар'єрними властивостями нанотрубок галуазиту, які забезпечують захист від впливу світла в УФ/видимому діапазонах. Одним із ключових результатів роботи є розробка безпосередньо систем пролонгованого вивільнення АФІ. Нанокомпозити забезпечують контрольоване вивільнення АФІ, що дозволяє підтримувати терапевтичну концентрацію упродовж тривалого часу. Для інкапсульованої АЛК та МФ встановлено, що їх вивільнення з нанокомпозиту у складі таблетованої форми досягає близько 60-80% упродовж 24 годин, тоді як у нативному (неінкапсульованому) стані цей процес завершується за 30–60 хвилин. Такий ефект досягається завдяки гальмуванню процесу дифузії молекул АФІ за рахунок капілярних сил ГНТ. Дослідженнями встановлено, що зі збільшенням рН середовища, рівень вивільнення обох АФІ з нанокомпозиту у складі таблетованої форми збільшується, що пояснюється кращою розчинністю їх у відповідних середовищах. Дослідженням термостабільності встановлено, що інкапсульовані у галуазит АФІ, практично не деградують, тоді як без інкапсуляції АЛК зберігає близько 65,7% початкової маси, а МФ — 85,8%. Таким чином на основі отриманих результатів досліджень розроблено рецептуру таблеток на основі синтезованих нанокомпозитів ГНТ/АФІ та мікрокристалічної целюлози, стеарату магнію, кроскармелози та колоїдного кремнезему, яка відповідає вимогам Європейської Фармакопеї щодо фізикомеханічних характеристик, демонструючи необхідний рівень фізико-механічних властивостей, та забезпечує контрольоване вивільнення досліджуваних АЛК та МФ з підвищеним рівнем термо- та фотостабільності щодо опромінення в УФ/видимому діапазонах. Наукова новизна роботи полягає в наступному. Вперше розроблено інноваційний нанокомпозит на основі галуазитних нанотрубок ГНТ/АФІ, що містить інкапсульовані світлочутливі АФІ — АЛК та МФ, який демонструє захист від деструктивного впливу підвищених температур та опромінення у видимому та УФ діапазонах зі збереженням після проведення стандартизованих тестувань ефективної концентрації АФІ на рівні не менше ніж 98%; вперше на основі нанокомпозитів ГНТ/АЛК або ГНТ/МФ, мікроцелюлози, стеарату магнію, колоїдного кремнезему та кроскармелози розроблено склад таблетованої формуляції, яка за фізико-механічними показниками відповідає вимогам Європейської Фармакопеї, а галуазитний нанокомпозит забезпечує фармакокінетику контрольованого вивільнення АЛК та МФ; встановлено, що інкапсуляція АЛК та МФ в ГНТ за рахунок капілярних сил забезпечує пролонговане вивільнення на рівні до 80% АФІ з таблетованої форми протягом 24 годин, порівняно з неінкапсульованим станом, де вивільнення 90-100% АФІ відбувається за 15-30 хвилин; показано, що підвищення рН модельного середовища сприяє збільшенню рівня вивільнення обох АФІ із ГНТ завдяки підвищеній розчинності інгредієнтів у відповідних досліджуваних буферних розчинах. Практична значимість підтверджується наступним. Розроблено методики хроматографічного визначення АЛК та МФ в водних розчинах методом рідинної хроматографії. Спосіб виготовлення таблеток на основі ГНТ/АЛК і ГНТ/МФ та мікрокристалічної целюлози з допоміжними компонентами є перспективним при виготовленні інноваційних фармацевтичних препаратів. Використання нанокомпозиту ГНТ/АФІ на основі світлочутливих фармацевтичних інгредієнтів є потенційно новим підходом до використання таблетованих форм з АЛК та МФ. Результати досліджень впроваджені при викладанні дисципліни «Інноваційні хімічні технології органічних матеріалів. Частина 1. Функціональні матеріали та наносистеми» для студентів магістрів освітньо-професійної програми «Хімічні технології синтезу та фізико-хімічні властивості органічних матеріалів».